Đồ án Thiết kế hệ truyền động cho thang máy

30 (kg) - Đường kính puli: 0,45 (m) - Hiệu suất bộ truyền: 0,8 1. Xác định phụ tải tĩnh Phụ tải tĩnh của cơ cấu thang máy chủ yếu là do tải trọng quyết định. Nó là phụ tải do trọng lượng ca bin, tải trọng trọng lượng đối trọng và của cáp (bỏ qua trọng lượng cáp), gây nên ở trạng thái tĩnh, thông qua puli, hộp giảm tốc tác dụng nên trục của động cơ. Vì trong quá trình tính toán ta tính với trọng lượng định mức Gđm = 5630 kg nên tổng lực tác dụng lên puli quấn cáp khi nâng tải và hạ tải là như nhau tức là Fn = FH Lực tác dụng lên puli phía cáp nối với cabin F1 = (Gđm + Gbt) . g F1 = (630 + 1000) . 9,81 = 15990 (N) Lực tác dụng lên puli phía cáp nối với đối trọng F2 = Gđt . g = Gbt + a . Gđm) . 9,81 Đối với thang máy chở người ta có hệ số a = 0,35 á 0,4 ở đây ta chọn a = 0,4. Vậy F2 = (1000 + 0,4 . 630). 9,81 = 12282 (N) Từ đó ta có tổng lực tĩnh tác dụng lên puli cáp khi nâng và hạ tải là: F = Fn = FH = F1 - F2 = 15990 - 12282 = 3708 (N) 2. Xây dựng đồ thị phụ tải Trước tiên dựa vào đường cong tối ưu tính toán sơ bộ thời gian thang máy chuyển động ở một tầng. Các phương trình tốc độ, quãng được. Độ dật r = (1) Hoặc r = (2) Thời gian làm việc là t1. Tích phân 2 vế flt (1) ị t1 = Với gia tốc a Ê 2m/s2 thì độ dật không được vượt quá 20 m/s3 Do đó ta chọn độ dật r = 15m/s3 = 0,1 (s) Theo đồ thị trên d > 0 ta có: a = - (t3 - t2) ị a = r . (t3 - t2) ị t3 - t2 = = 0,1 (s) Xét trên đoạn buồng thang chạy với gia tốc không đổi tan có vận tốc v2 = a(t2 - t1) + v1. Mặt khác ta cũng có: a = r . t = ị dv = r. t . dt ị v1 = Đồng thời ta lại có v3 = - (3) v2 = a (t2 - t1) + v1 (4) Với vận tốc chạy ổn định v3 = 1,5 (m/s) Từ phương trình (3) ta có: v2 = v3 + v2 = 1,5 + 15 . - 1,5 . 0,1 = 1,425 (s) Từ phương trình (4) ta có: t2 - t1 = = 0,9 (s) Ta có hệ phương trình: t2 - t1 = 0,9 (s) t3 - t2 = 0,1 (s) t1 = 0,1 (s) Giải hệ trên ta được: t1 = 0,1 (s) t2 = 1 (s) t3 = 1,1 (s) Vì đồ thị trên đối xứng qua quãng đường chuyển động ổn định nên thời gian mở máy với thời gian hãm máy được nhân đôi, tức là: t = 2. t3 = 2 1,1 = 2,2 (s) Từ đó ta tính được quãng đường S = v0 . t + Trong đó a’ = r . t (gia tốc chuyển động Do đó: S1 = v0 . + Xét thấy t = t1 = 0,1 (s) ị a’1 = a = 1,5 (m/s2) ị K = = 15 ị a’1 = 15 . t Mặt khác v0 = 0 ị s1 = 0,5 . a’1 . ị s1 = 0,5 . 15 (t1)3 = 0,5 . 15 (0,1)3 = 0,0075 (m) Ta lại có: s2 = s1 + v2 (t3 - t2) + . a’2 = (t3 - t2)2 S2 = 0,0075 + 0,075 . 0,9 + 0,5 . 1,5 . (0,9)2 = 0,682 (m) Quãng đường: s3 = s2 + v2 (t3 - t2) + 0,5 . a’3 (t3 - t2)2 Trong dó a’3 = m . t + n Xét khi: a’ = 0 và a’ = a ta có: 0 = m . t3 + n a = m . t2 + n ị m (t3 - t2) = - a ị m = n = - m . t3 = - (- 15) . 1,1 = 16,5 ị a’3 = - 15t + 16,5 ị s3 = 0,6 . s2 + 1,425 . 0,1 + 0,5 (-15 . 0,1 + 16.,5) . (0,1)2 = 0,9 (m) Vậy quãng được chuyển động ổn định là scđ = 2 . s3 = 2 . 0,9 = 1,8 (m) Thời gian thang máy chuyển động ổn địnhh là: Tôđ = (s) ị tt1 = 1,47 + 2,2 = 3,67 (s) Để vẽ được phụ tải tĩnh ta tính hệ số đóng điện tương đối, xác định được khoảng thời gian làm việc trong 1 chu kỳ. Vì có 10 tầng nên số quãng đường giữa các tầng thang máy phải chạy trong 1 chu kỳ là: 2 . 9 = 18 Tổng thời gian làm việc: tlv = 18 . 3,67 = 66,06 (s) Với thang máy chở 12 người, giả sử 1 người ra và 1 người vào, khi lên đến tầng 10 thì 12 người ra và có 12 người vào. Thời gian để 1 người ra như một người vào là 1(s). Thời gian đóng mở cửa buồng thang là 2(s). Như vậy thời gian nghỉ của thang trong 1 hành trình là tnghỉ = 4 . 8 . 2 (24 + 2) . 2 = 116 (s) Trong đó: ở tầng 1 và tầng 10 mất (24 + 2) (s) và mỗi lượt cho 8 tầng còn lại ở giữa mỗi tầng mất (2 + 2) s. Thời gian cho 1 chu kỳ là: Tck = tlv + tnghỉ = 66,06 + 116 = 182,06 (s) Ta có hệ số đóng điện tương đối e% là: e% = e% = 36,29 (%) Đồ thị phụ tải MH t MN 3. Chọn động cơ + Tính mô men tác dụng lên trục động cơ khi nâng, hạ tải áp dụng công thức: M = + Trong đó: F là tổng lực tĩnh tác dụng lên puli khi nâng, hạ tải D là đường kính puli i là tỷ số truyền của cơ cấu h là hiệu suất của cơ cấu - ta chọn tỉ số truyền của cơ cấu i = 16 - Hiệu suất của cơ cấu h = 0,8 - Đường kính puli D = 0,45 (m) Thay số: M = Mn = MH = = 65,179 (Nm) + Tính mô men đẳng trị Mđt = Trong đó: Mi : là môn nen của thể tĩnh gây ra trên trục động cơ của tải thứ i tlv: là thời gian mô men tác dụng lên trục động cơ của tải thứ i. Thay số: Mđt = = 39,26 (Nm) Từ mô men đẳng trị tác dụng lên trục động cơ ta có công suất đẳng trị của tải tĩnh tác dụng lên trục động cơ. Pđt = Mđt . w Với w là tốc độ góc của trục động cơ (Rad/s) Từ w = Mặt khác n = . I Trong đó: v là vận tốc dài của puli (m/phút) n là tốc độ quay cần thiết của trục động cơ R là bán kính của puli quấn cáp (m) i là tỷ số truyền của cơ cấu. Từ tốc độ chuyển động của thang là v = 1,5 m/s Ta có vận tốc dài của puli là v = 1,5 . 60 = 90 (m/phút) ị w = w = 106,7 (Rad/s) Vậy công suất đẳng trị Pđt = Mđt . w Pđt = 39,26 . 106,7 = 4189,23 (w) = 4,2 (kW) * Lựa chọn động cơ Trong các sổ tay kỹ thuật có các động cơ tiêu chuẩn với hệ số đóng điện là e %tc = 15%; 25%; 40%; 60%. Vậy ta phải hiệu chỉnh công suất trên về chế độ tiêu chuẩn. Trong thang máy chế độ làm việc của động cơ truyền động là chế độ ngắn hạn lặp lại nên ta sử dụng hệ số đóng điện tương đối tiêu chuẩn e% = 25% áp dụng công thức: Pchọn = Pđt . (kW) Tra sổ tay ta có thông số động cơ: Kiểu Pđm (kW) nđm (v/phút) Iđm (A) rư + rcp (W) Rcks (W) Số thanh dẫn AP - 22 6 1050 34 0,62 128 920 Động cơ này có Uđm = 220 VDC, vỏ chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, TĐ = 25%. Số nhánh song song của phần ứng (2a). Số vòng trên 1 cực của cuộn song song Wcks = 1650 Từ thông hữu ích của 1 cực từ: f = 10-2 . 0,58 (wb) Dòng điện định mức của cuộn kích từ Ikt = 1,5 (A) 1. Kiểm nghiệm động cơ Mđm =  Mđm = = 54,57 (Nm) Mà Mđt = 39,26 Nm Như vậy Mđm > Mđt Từ tốc độ chuyển động của buồng thang v = 1,5 m/s Ta tính được tốc độ quay làm việc. nlv = = 917 (vòng/phút) Như vậy nđm > nlv Qua kiểm nghiệm trên ta thấy động cơ đạt yêu cầu về mô men làm việc và tốc độ. II. Tính chọn bộ biến đổi 1. Tính toán các thông số cơ bản a. Tính chọn máy biến áp nguồn (BAN) - Máy biến áp nguồn bộ biến đổi có 3 chức năng chính: Tạo điện áp u2 phù hợp với điện áp động cơ. - Cách ly giữa phần lực bộ biến đổi và lưới điện - Biến áp nguồn được đấu theo kiểu D/Y có điện áp lưới u1 = 380v~ Điện áp không tải của bộ chỉnh lưu udo phải thoả mãn phương trình Y1 . Udo . cos amin = Y2 . Eư đm + SDUv + Iư max . Rư max + DUy max Trong đó: Udo là điện áp không tải của chỉnh lưu Y1: là hệ số tính đến sự suy giảm điện áp lưới Y1 = 0,95 Y2: là hệ số dự trữ máy biến áp Y2 = 1,04 á 1,06. Chọn Y2 = 1,04 amin là góc điều khiẻn cực tiểu. Sơ đồ có đảo chiều và m = 6 xung nên ta chọn amin = 120 SDUv: Tổng sút áp trên van. Mỗi thời điểm chỉ có 2 van dẫn nên SDUv = 2 . Uv = 2 . 1,6 = 3,2 (V) Iư max : Dòng điện cực đại phần ứng động cơ. Iư max = (2 á 2,5) Iưmax chọn Iư max = 2,5 . 26 = 65 (A) Eư đm = Uưđm - Rư S . Iư đm = 220 - 0,94 . 26 = 195,5 (V) DUYmax: Sụt áp cực đại do trùng dẫn DUYmax = 2DUyđm = 2Udo . Uk . Yk Với Uk là điện áp ngắn mạch: Uk = 5% ị Uk = 0,05 Và Yk = (Tra bảng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha) Vậy Udo = Udo = = 304,4 (V) + Điện áp pha thứ cấp máy biến áp U2 = = 130 (V) + Điện áp pha sơ cấp máy biến áp: u1 = 380 (V) + Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA I2 = 0,816 . Id = 0,816 . 34 = 27,74 (A) + Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA I1 = 0,816 . m . Id = 0,816 . . Id I1 = 0,816 . . 34 = 9,94 (A) + Công suất máy biến áp SBA = 1,05 . Pd = 1,05 . Umax . Id max SBA = 1,05 . 304,4 . 34 = 10867,08 (VA) = 10,87 (KVA) Lấy SBA = 10,870 (KVA) 2. Tiết diện sơ bộ trụ QFe = kq Trong đó: kq: Hệ số làm mát MBA lấy kq = 6 m : Số trụ máy biến áp m = 3 f: Tần số nguồn xoay chiều f = 50Hz Thay số: QFe = 6 = 51,08 (cm2) Lấy hệ số điều biến: Kđc = 0,85 Q’Fe = = 60 (cm2) + Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp w1 = w1 = 335,1 (vòng) + Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp w2 = = 114,6 (vòng) a. Với dây dẫn bằng đồng chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 3 (A/mm2) + Tiết diện dân dẫn sơ cấp máy biến áp S1 = = 3,16 (mm2) = 3,16 (mm2) + Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp S2 = = 9,25 (mm2) 2. Tính chọn các Tiritor trong mạch chỉnh lưu Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải, theo sơ đồ đã chọn, theo điều kiện làm việc, điện áp và chế độ làm mát. - Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu Ung max = . 130 = 318,5 (V) - Điện áp ngược của van cần chọn Ung chọn ³ = 455 (V) - Dòng điện làm việc của van ITB = 11,3 (A) - Chọn làm mát dùng quạt không khí bao quanh cánh tản nhiệt với tốc độ gió 12 m/s ITB chọn = = 25,19 (A) Từ các thông số Ungược max ITB ta chọn Tiritor loại CR20F12 do Đức sản xuất có các thông số sau: + Điện áp ngược cực đại của van: UN = 600V + Dòng điện định mức của van: Iđm = 30A + Đỉnh xung dòng điện: Ipix = 300A + Dòng điện của xung điều khiển: Iđq = 500mA = 005 (A) + Điện áp điều khiểnL Ug = 5v + Sụt áp trên Tirstor ở trạng thái dẫn: DU = 1,6 (V) + Tốc độ biến thiên điện áp: = 400 v/s + Thời gian chuyển mạch (mở, khoá): tcm = 25 ms + Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 1250C b. Tính cuộc kháng lọc - Công suất của cuộn kháng lọc Sck = 0,057 . Pd = 0,057 . 34 . 304 = 589,15 (VA) - Dòng điện qua cuộn kháng ICK = Id = 34 (A) - Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng QĐCK = kQ . với f = 50Hz; m = 6 kQ: Hệ số làm mát lấy kQ = 5 QCK = 5 = 7 (cm2) Lấy hệ số đều biến là 0,85. Vậy tiết diện cực từ là: Q’CK = = 8,24 (cm2) - Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng là DUCK = 3V Khi có thành phần xoay chiều chạy qua cuộn kháng thì rong mỗi kháng sẽ xuất hiện một sức điện động Ek. Ek = 4,44 . w . m . f . Bt . QCK Số vòng dây trên cuộn kháng là: W = W = = 3,2 (vòng) Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng Jk = 3A/mm2 Tiết diện dây quấn cuộn kháng Sk = = 11,33 (mm2) * Bảo vệ quá dòng điện ATM dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chỉnh lưu. Chọn áp tô mát ta có: Iđm = 1,1 . I1d Iđm = 1,1 . . I1 = 1,1. . 9,49 Iđm = 17,75 (A) Uđm = 380V - Lựa chọn ATM 3 pha của Nhật có ký hiệu: EA53 - G có các thông số sau: Iđm = 20 Uđm = 380V IN = 5kA * Bảo vệ quá áp cho van Bảo vệ quá áp cho van trong quá trình đóng cắt các Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R - C song song với Tiristor. Khi có sự cố chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Auod và Catod của Tiristor. Khi đó mạch RC mắc song song với Tiristor không bị quá điện áp . T R C Tra bảng ta chọn R = 47 (W) ; C = 0,2 mF/600V Tính chọn bộ biến đổi cấp cho mạch kích từ động cơ a. Tính chọn máy biến áp CC CC L RCKS IKTđm Chọn động cơ ta có Iktđm = 1,5 (A) RCKS = 128 (W) Ta có điện áp mạch chỉnh lưu Ud = Udo = Ikt đm . RCKS Udo = 1,5 . 128 = 192 (V) Điện áp thứ cấp máy biến áp kích từ là: U2 = (V) Điện áp pha sơ cấp máy biến áp kích từ là U1 = 380 (V) - Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp kích từ I2 = 0,816 . Ikt đm = 9816 . 1,5 = 1,22 (A) - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp kích từ I1 = 0,816 . m . Ikt đm = 0,816 . Ikt đm I1 = 0,816 . = 0,26 (A) - Công suất máy biến áp kích từ Skt = 1,05 . Pd = 1,05 . 192 . 1,5 = 302,4 (VA) - Tiết diện sơ bộ trụ QFe kt = kq . Trong đó: kq là hệ số làm mát MBA lấy kq = 5 mi: Số trụ máy biến áp m = 3 fi: là tần số người xoay chiều f = 50Hz Thay số: QFe kt = 5 . = 7,1 (cm2) Lấy hệ số điều biến Kđk = 0,85 Q’Fe kt = = 8,35 (cm2) - Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp kích từ w1 = w1 = 2410,86 (vòng) - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp kích từ w2 = = 520,24 (vòng) Với dây dẫn bằng đồng chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 3A/mm2 - Tiết diện dân dẫn sơ cấp máy biến áp kích từ S1kt = (mm2) + Tính chọn điốt - Dòng trung bình qua mỗi điốt ID = = 0,5 (A) - Điện áp ngược cực đại mà mỗi đi ốt phải chịu là UN = = 200,9 (v) Chọn hệ số dữ trữ và điện áp ku = 1,6 Và dòng điện ki = 1,5 Vậy điốt phải chịu được điện áp ngược cực đại UN max = 1,6 , UN = 1,6 . 200,9 = 321,4 (V) Chọn được dòng điện cực đại khi dẫn là: ID max = ki . IDD = 1,5 . 0,5 = 0,75 (A) Ta chọn loại điốt có ký hiệu IN 4007 do Mỹ sản xuất có các thông số sau: - Điện áp ngược UN max = 420V - Dòng điện thuận trung bình ITtb max = 3A Chương 4 Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp hệ điều khiển Ta có sơ đồ khối mạch điều khiển. Ri FX BBĐ ĐC Si Sw UđI Ui - Uđ MC w Rw Uwđ Uw - HC Trong đó: Uđi: Điện áp đặt của mạch vòng dòng điện Uw: Điện áp phản hồi tốc độ Ui: Điện áp phản hồi dòng điện Uđw: Điện áp đột của mạch vòng tốc độ HC: Khâu hạn chế dòng điện đặt Rw: Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ Ri: Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện Fx: Phân tạo xung điều khiển BĐ: Các bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 Si: Khâu phản hồi dòng điện Sw: Khâu phản hồi tốc độ Ta vẽ được hệ truyền động T - Đ đảo chiều. Với sử dụng hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 nối song song ngược bộ phát xung FX1 và FX2 phát xung điều khiển hai bộ biến đổi này. Các bộ điều chỉnh dòng điện Ri1, Ri2 và sai số dòng điện số 1 Si1 , Si2 tạo thành 2 mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Sai số Sw đóng vai trò là khâu phản hồi tốc độ. Rw Uwđ Uw - HC BĐ1 BĐ2 Ri1 FX1 Ri2 FX2 Si1 Si2 Sw UK w - Hệ truyền động T - Đ đảo chiều  * Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển động cơ một chiều.  Sơ đồ điều chỉnh có hai mạch vòng đó là mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ. Ta cần phải xác định các bộ điều chỉnh dòng điện (RI) và bộ điều chỉnh tốc độ (Rw). I. Mạch vòng điều chỉnh dòng điện. * Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Rw UđI Ui _ EB -EĐ Icơ + Điện cảm phản ứng động cơ một chiều kích từ độc lập được xác định. Lư = 0,25. Lư = 0,25. = 0,0049 (H) + Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ Tư = = 0,0079 (s) + Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên wđm = ị Kfđm = Kfđm = = 1,81 * Hằng số thời gian cơ học TC = = 0,09 (s) Ta thấy hằng số thời gian cơ học TC = 0,09(s) rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ Tư = 0,0079 (s). Nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng vì qúa trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Vì phản ứng của mạch phản ứng (sức điện động E) chậm hơn nhiều so với phản ứng của bộ điều chỉnh dòng điện RI; nên khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua khâu phản hồi dòng điện E = Kfđmw. Vẽ ta được sơ đồ cấu trúc. UđI Ui _ Ri Uđk UI = (Iư.KI) S0i(P) Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền đạt. Soi (P) = Các hằng số thời gian Tvo, TI là rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư. (Đặt Tsi = TB + Ti) ị Soi(P) = Đặt Koi = Với bộ biến đổi có hàm tuyến wB(P) = Thời gian trễ của bộ biến đổi: TB = Trong đó: f: là tiền số lưới điện = 50Hz m: là hệ số đập mạch với sơ đồ cần 3 pha đối xứng m = 6. ị TB = = 0,002 (s) Hệ số bộ khuếch đại: KB = KB = mà (vì EB = Edo.Cosa) ị KB = Với sơ đồ cần 3 pha đối xứng: wT0 = Chọn Urcmax = 6V ị KB = = 79,6 * Khâu phản hồi dòng điện có hàm tuyến Wi(P) = Hệ số tỉ lệ: Ki = Chọn Uiđm = 6V Ki = = 0,18 Bỏ qua hằng số thời gian Ti. * Soi(P) = koi = = 22,66 áp dụng tiêu chuẩn môđun tối ưu ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI. Ri(P) = + Chọn TRi = Tư = 0,0079 (s) + K.TRi = 2.TS.koi = 2.TB.koi KTRi = 2.0,002.22,66 = 0,91 Sơ đồ điều khiển bộ điều chỉnh dòng điện. Uđ R1 R2 Rph C - + V+ V- Ui Hàm truyền wR(P) = wR(P) = So với hàm truyền Ri(P) = ị RPh.C = TRi (1) R1.C = KTRi (2) Từ (1) ị RPh = Chọn C = 1mF; TRi = Tư = 0,0079 (s) RPh = = 7900 (W) Từ (2) R1 = Chọn C = 1mF; KTRi = 0,91 ị R1 = = 910.000 (W) R1 = 910 (KW) + Uđ = Ui = 6V. Vậy R1 = R2 = 910 (KW) + Đặc tính và hàm truyền của động cơ một chiều thay đổi rất mạnh khi chuyển về vùng dòng điện gián đoạn điều này làm phức tạp cho công việc tổng hợp, các bộ điều chỉnh của hệ. Do đó sử dụng các bộ điều chỉnh dòng điện thích nghi nên có khả năng thay đổi được cấu trúc và thông số giúp cho hệ đạt được các đặc tính điều chỉnh tốt hơn. Sơ đồ khối chức năng bộ điều chỉnh thích nghi với từng xung dòng điện. Khi chuyển mạch CM ở vị trí số 1 thì bộ điều chỉnh gồm nối tiếp khâu tỷ lệ P với phân tích phân I và ta được bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu I. Khi chuyển mạch con ở vị trí số 2 và ta được bộ điều chỉnh có cấu trúc kiểu PI. Khâu so sánh SS đóng vai trò xenxơ phát hiện tính liên tục của dòng điện bằng cách so sánh giá trị dòng điện sau xenxơ dòng Si với giá trị Zero và phát lệnh logic U0 điều khiển chuyển mạch CM. UđI Ui _ I SS Si CM 1 2 Uđk 0 U0 I P PD Uđ R0 R1 - + V+ V- Ui - + V+ V- R3 C2 Uđk U1 R2 R2 C1 U0 T Trong sơ đồ nguyên lý, chuyển mạch CM được thực hiện bằng Transtor trường T có điện trở trong thay đổi rất mạnh trong các trạng thái khoá và bão hòa.  Khi Transito T khoá (RT = Ơ) và R1 >> R2. Hàm truyền PD sẽ là: Khi Transito T bão hòa thì RT << R2 và ta có hàm truyền P i(t) PD P PD P PD U0 Um Ui t t t II. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ Rw Uđw Uwi _ I -IC E HC Sw MC Sơ đồ khối cấu trúc của hệ điều chỉnh tốc độ:  Trong đó (Sw) là Xenxơ tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ số truyền theo và hằng số lọc Tw. Thường Tw có giá trị nhỏ. Khi đó đặt 2T'S = 2TS + Tw. S0w(P) = * Theo tiêu chuẩn tối ưu môđun có thể xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ. Rw(P) = = KP Ta có mạch tạo nên khâu tỷ lệ: Uđw R2 R3 - + V+ V- Uw R1 Ui - + R4 R'2 R C Uđi V+ V- Trong đó thường lấy a2 = 2. Vậy hàm truyền của bộ điều chỉnh KP = ; Rw(P) = Kw = K'w. K'w là hệ số truyền của bản thân xenxơ tốc độ. 4T's = mà Ki = K'i. K'i là hệ số truyền của bản thân xenxơ dòng điện. 4T's = Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ. Fw(p) = * Theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng với mạch vòng điều chỉnh tốc độ, hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ có dạng: Rw(p) = và hàm truyền mạch hở là: F0(p) = Từ hàm truyền mạch hở ta có thể tìm dược hàm truyền mạch kín F(P), đồng nhất F(P) với hàm chuẩn tối ưu đối xứng ta tìm được tham số của bộ điều chỉnh. Nếu chọn T's = Ts thì T0 = 8Ts0 K = .4T's ị Rw(p) = Khi tổng hợp hệ thống theo phương pháp tối ưu đối xứng thường phải dùng thêm khâu tạo tín hiệu đặt để tránh quá điều chỉnh. Khâu tạo tín hiệu đặt này thường có hàm truyền của phân lọc thông thấp, bậc nhất có hằng số thời gian lọc phụ thuộc vào gia tốc cho phép của hệ thống. Hàm truyền mạch biến của hệ thống. Fw(p) = Mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng kết quả vô sai cấp hai đối với tín hiệu điều khiển và là vô sai cấp một đối với tín hiệu nhiễu. Như vậy trên đã ổn định thì sai lệch tốc độ sẽ bằng không. * Khâu phản hồi tốc độ có hàm tuyền Ww(P) = Hệ số tỉ lệ Kw = chọn Uw = 6V Kw = = 0,054 + Chọn Tw = 0,001s áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng với hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ có dạng: Rw(P) = T0 = 4Tsw mà Tsw = Tw + 2Tsi = 0,001 + 2.0,0079 Tsw = 0,0168 (s) ị T0 = 4.Tsw = 4.0,0168 = 0,0672 (s) K = K = = 0,0023 ị Rw = Theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng. Bộ điều chỉnh tốc độ có cấu trúc là PI sơ đồ điều khiển bộ điều chỉnh tốc độ. - + R4 RPh C R3 V+ V- Uđw Uw + Rph.C = T0 (3) R3.C = K.T0 (4) Từ (3) ị Rph = Chọn C = 1mF Rph = = 67200 (W) Từ (4) ị R3 = Chọn C = 1mF R3 = = 200 (W) Chọn Uđw = Uw = 60 ị R3 = R4 = 200 (W) * Phân hạn chế gia tốc (RAMP) Trong các hệ truyền động điện dùng bộ biến đổi điện tử công suất cho, do độ tác động nhanh của bộ biến đổi nên cần hạn chế tốc độ tăng lượng đặt. Sơ đồ điều khiển như hình vẽ. - + R1 R2 V+ V- Uw C UV  * Hàm truyền của khâu hạn chế gia tốc. w(p) = +) C.R2 = 4Tw và Tw = 0,001 (s) C.R2 = 4.0,001 ị R2 = Chọn C = 1mF R2 = = 4000 (W) Chọn R2 = = 4000 (W) Chọn R2 = R1 = 4000 (W) Phần V mạch điều khiển i. Giới thiệu mạch điều khiển Đối với chỉnh lưu Tiristor thì mạch điều khiển có một vai trò rất quan trọng vì nó quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Nhiệm vụ của bộ biến đổi la tạo ra xung điều khiển vào các thời điểm cần thiét để mở các van (Tiristor) của bộ chỉnh lưu. Mạch điều khiển có các yêu cầu và chức năng sau: Giá trị điện áp lớn nhất không vượt quá giá trị cho phép của nhà sản xuất. Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo mở được Tisistor trong một điều kiện, tổn hao trên cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho phép. Độ rộng của xung điều khiển không nhỏ hơn 0,5mS. Độ rộng xung được xác định theo biểu thức: tx = Trong đó: + Idt là dòng điện duy trì của T (Tiristor) + di/dt: tốc độ tăng trưởng của dòng điện - Xung điều khiển phải ít phụ thuộc vào dao động của nhiệt độ dao động của điện áp nguồn, khử được nhiễu v.v... Cấu trúc của mạch điều khiển một Tiristor được trình bầy như sau: Tạo Uđp () So sánh Logic Khuếch đại Biến áp xung Tiristor Nguồn động lực Tạo Uđk (đ.khiển) Tạo xung chùm Trong đó: - Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa trùng pha với điện áp đặt trên Anod của Tiristor. Khâu so sánh có nhiệm vụ như một Trigơ. So sánh giữa điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (1 chiều). Tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì Trigơ đạt trạng thái ở đầu ra nhận được một chuỗi xung dạng "Sin chữ nhật". - Khâu Logic nhận xung từ khâu so sánh và xung chùm từ khâu phát xung chùm. ở đây ra nhận được xung tổng hợp đến khâu khuếch đại. - Khâu khuếch đại xung làm cho tín hiệu xung đủ lớn để kích mở Tiristor thông qua biến áp xung. Bằng cách tác động vào Uđk có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển (tức là điều chỉnh góc mở a). II. nguyên tắc điều khiển 1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng, tuyến tính theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp. - Điện áp đồng bộ kí hiệu Udp có dạng răng cưa đồng bộ với điện áp đặt trên Anod của Tiristor. Thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh. - Điện áp điều khiển kí hiệu Uđk là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh. - Bây giờ điện áp đặt vào đầu của khâu so sánh. - Khi Uđk = Uđp thì khâu so sánh lật trạng thái ta nhận được "Sườn xuống" của khâu so sánh. "Sườn xuống" này thông qua đa hài một trạng thái ổn định, tạo ra một xung điều khiển. - Bằng cách biến đổi Uđk ta điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra (điều chỉnh góc mở a). a = P. Người ta lấy: Uđkmax = Uđpmax+ U Udp Uđk 2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (AR Cos): Theo nguyên tắc này người ta sử dụng hai điện áp: - Điện áp đồng bộ Uđp vượt trước UAK = Um.Sinw của Tiristor 1 góc UdP = Um.Coswt - Điện áp Uđk là điện áp 1 chiều có thể điều khiển được biểu đồ theo hai hướng (dương và âm). - Trên hình vẽ đường đứt nét là điện áp Anod - Catod của Tiristỏ từ điện áp này người ta tạo ra UdP. a 0 wt p - Hiệu của điện áp này được đặt vào khâu so sánh. - Như vậy cho Uđk biến thiên thì a biến thiên theo. Nguyên tắc này sẽ sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao.  3. Tạo điện áp răng cưa đồng hồ a. Dùng Tranzitor và tụ điện Udb R1 R2 +E Uc T1 UV UC t2 t3 t4 t t Ura - Tại thời gian t1 thì T1 bị khoá, Uc sẽ là: UC = E(1 -) - Tại t2 khi có xung điều khiển (điện áp đồng pha) thì T1 sẽ mở tụ C sẽ phóng điện qua R2 qua bóng T1 trở về phiên bản âm của nó sẽ giảm về giá trị 0 tại thời điểm t3 tới thời điểm t4, bóng t1 lại bị khoá, tụ C lại được nạp điện, lại xuất hiện một chu kỳ mới. - Chức năng của R1 là hạn chế dòng qua bóng T1, vậy (Cho phép). - R2 chọn theo - R1, R2 chọn theo công thức T1 = (R1 + R2).C b. Dùng khuếch đại thuật toán: Cấu tạo sơ đồ (Hình vẽ). - + RV UV C A 10 K 1R - Nguyên lý: Vì RV rất lớn nên ta có: I0 = 0 - IR = I0 + IC (tại A), vậy nên : IR = IC IR = - ở thời điểm kết thúc xung người ta khóa, khóa K lại tụ C sẽ trở về 0. - + UV +E C R UC - Sơ đồ thực tế. - Nếu nguồn vào E+ thì: Uc = - Nếu nguồn vào E- thì: Uc = -E UV t t Ur UV Ur t t Sơ đồ:  4. Khuếch đại xung, biến áp xung +E R1 D2 Rg th R2 D2 U2 T - Tín hiệu vào U2 là tín hiệu logic: khi U2 = 1 thì bóng T mở bão hòa. Khi U2 = 0 bóng T khoá. - Điện tử R1 hạn chế dòng Colectơ. Điốt (D2) hạn chế quá điện áp trên các lực colectơ - emitơ của bóng T. Dưới D2 ngăn chặn xung âm có thể có khi bóng T bị khoá. Điện trở Rg để hạn chế dòng điều khiển R2 là điện trở ảnh hưởng đến biên độ và sườn xung ra. II. thiết kế mạch điều khiển Dựa trên các nguyên tắc điều khiển và những yêu cầu của mạch điều khiển cần đạt được như những yêu cầu đã phân tích ở phần trước thiết kế sơ đồ mạch điều khiển như hình vẽ. Nguyên lý mạch điều khiển. Xét trên sơ đồ hình vẽ (H1). Xét