Đồ án Tổng hợp hệ điện cơ

Phần i- Chọn phương án trguyền động Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết. Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất. Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo được các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao. Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ). III- ý nghĩa của việc lựa chọn phương án Việc so sánh lựa chọn được phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt: + Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản suất. + Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài. + Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động. + Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua. 2-2 các phương án truyền động I- Các phương án đưa ra + Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ . + Hệ thống van - động cơ. + Hệ thống xung áp - động cơ. II- Phương án I Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ ( 'MY- Đ ) a b c 'MY Đ/C ckđ Đ ft ckf kđ uđk Ăn ucđ Hình 2-1 1,Giới thiệu hệ thống a, Sơ đồ + FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ + CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại. + KĐ: là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyếch đai tín hiệu điều khiển UĐK +U đ:là điện áp đặt 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ w= const , khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ , thông qua mạch khuyếch đại, cuộn dây CKF được cấp điện, 'MY được kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho động cơ đ động cơ quay . Do đặc điểm của 'MY là có cuộn dọc, cuộn ngang ; cuộn ngang được nối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn. Do vậy hệ thống có hệ số khuyếch đại rất lớn. - Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm cho tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức Uđk =Uđ - Ăn ta thấy khi n giảm thì Uđk tăng qua mạch khuyếch đại ICKF tăng và Ud tăng đ tốc độ động cơ tăng về trị số yêu cầu. Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngược lại. Đó là nguyên lý ổn định tốc độ. 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống ta có : ICKF = KKĐUđk = KKĐ ( Uđ - Ăn ) E ' = Kd KNICK' w' E' = KdKNKKĐ w' (Uđ- Ăn ) đặt : KdKNKKĐ w = K đ E'MY = K(U - Ăn ) Xây dựng phương trình đặc tính cơ của hệ thống: Sau khi biến đổi biểu thức này ta được: Hình 2-2 (*) n0max Trong đó : K = KđKNKKĐw' Uđ : là điện áp đặt. nomin R = Rư' + Rưđ Phương trình ( * ) là phương trình đặc tính cơ của hệ thống. Ta thấy o (I,M) rằng độ cứng của đặc tính là: Độ cứng khi có mạch vòng phản hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều. Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2. 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm + Hệ thống làm việc rất linh hoạt. + Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính. +Việc điều chỉnh đều được thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho tự động hoá , nâng cao chất lượng hệ thống. + Có hệ số khuyếch đại lớn. b, Nhược điểm + Có nhiều thiết bị quay ,gây ồn. + Hiệu suất sử dụng điện năng thấp h = hĐ/C h' hđ = 0,3 - 0,5 + Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt. III - Phương án II Hệ thống van -động cơ: (T - Đ ) 1,Giới thiệu a b c bbđ ckđ đ ft xđk fx th & kđ Ăn Uđ Hình 2-3 a, Sơ đồ b,Các phần tử của sơ đồ + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến năng lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. + BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển , thực hiện chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung cấp cho động cơ. + Uđ tín hiệu điện áp đặt. + FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu + FX là mạch phát xung. 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ xuất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận , van sẽ mở với góc mở a . Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ dẫn đến động cơ quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu. Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - Ăn khi n giảm đ UĐK tăng đ a giảm đ Ud tăng đ n tăng về điểm làm việc yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ. 3,Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: Eb = Ebm cosa = Ub ( Ub =Uư : điện áp đầu ra của bộ biến đổi ) Eb = KKĐKb( Uđ - Ăn ) +Phương trình đặc tính cơ của hệ thống: Đây là phương trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ được họ đặc tính cơ của hệ thống trên hình 2-4. m Hình 2-4 n n0max 0 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm: + Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao. + Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt. + Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lượng hệ thống. b, Nhược điểm: + Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có nguy cơ làm hỏng các van điện tử +Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng ). + Hệ thống làm việc có cosj nhỏ. IV - Phương án III Hệ thống xung áp - động cơ 1, Giới thiệu + - u D0 đ mk ckđ xm xk fx kđ ft Ăn uđ Hình 2-5 a, Sơ đồ b,Các phần tử của hệ thống + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. ckđ là cuộn kích từ của động cơ. + MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngược đặt nên van để khoá van. + T :tiristo chức năng như một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn một chiều. + FT : là máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo. +KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp Uđk để đưa vào mạch FX. +FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung khoá cho mạch cho mạch khoá van MK. + DO: là van diốt. 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo Uđ ( khi hệ thống đã được đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có: Uđk = Uđ - Ăn Tuy nhiên ban đầu n = 0 đ Uđk = Uđ , tín hiệu này qua mạch KĐ được đưa tới mạch FX sẽ pháp ra xung mở đưa tới chân điều khiển của van T và ở đầu ra có sức điện động ra Eb. Sức điện động này được đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ tương ứng với điện áp đặ10t ban đầu. Khi muốn thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi Uđ . Trong quá trình làm việc giả sử nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có: Uđk = Uđ - Ăn u t t1 tck Khi n giảm đ Uđk tăng đ t1=KUđk tăng đ Eb tăng và tốc độ động cơ sẽ tăng về giá trị đặt. Nếu tốc độ động cơ tăng quá tốc độ đặt thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ . 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: Phương trình đặc tính cơ của hê thống: Đây làp phương trình đặc tính cơ của hệ thống từ phương trình này ta có họ đặc tính cơ của hệ thống như hình vẽ. M(I) Hình 2-7 nomax no 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a,Ưu điểm + Hệ thống này được dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất lớn hơn công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có độ cứng cao. + Hệ thống này dùng ít van động lực . +Dễ tự động hoá. b, Nhược điểm + Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều. + Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ. +Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn. V- Chọn phương án truyền động Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa. Tuy nhiên, phương án I với những nhược điểm căn bản là: + Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay. + Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt. + Hiệu suất thấp đ chi phí vận hành lớn. Vì những lý do đó ta loại phương án này. Vấn đề là lựa chọn một trong hai phương án còn lại. Trong hai phương án còn lại ta thấy rằng phương án III đòi hỏi phải có nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nào cũng có được. Trong trường hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo ra nó từ nguồn xoay chiều , khi đó phương án III trở nên phức tạp hơn phương án II. Từ những phân tích như vậy ta thấy rằng phương án II có tính ưu việt hơn cả. Ta chọn phương án II làm phương án truyền động