Đồ án Trang bi điện

hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng. CHƯƠNG 2 : CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay. Như vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giường ta có thể có hai phương án chính sau đây: Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiều quay. Dùng hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnh tốc độ. Sau đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một phương án truyền động phù hợp. 2.1: HỆ TRUYỀN ĐỘNG: BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Động cơ điện một chiều thực hiện đảo chiều bằng hai nguyên tắc sau: Giữ nguyên chiều dòng phản ứng, đảo chiều bằng dòng kích từ. Giữ nguyên chiều dòng kích từ, đảo chiều dòng phần ứng. 2.1.1: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều Hình 2-1: Sơ đồ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều Hệ thống truyền động này thường dùng cho máy cỡ trung bình Lb= 3 ¸ 5 m,Fk= 50 ¸ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ¸ 8)/1. Ưu điểm : Mạch lực của hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có những đặc tính động tốt , linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn. Điều chỉnh động cơ được cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và dòng kích từ động cơ Đ. Có thể thực hiện được các chế độ làm việc : Động cơ , hãm tái sinh , hãm động năng và hãm ngược. Nhược điểm : - Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt, gây tiếng ồn. - Máy phát một chiều có từ dư nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2.1.2: Hệ chỉnh lưu Thyristor - Động cơ điện một chiều. Do chỉnh lưu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở và khóa theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn. Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay có yêu cầu an toàn cao và có điều khiển logic chặt chẽ. - Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay. + Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ. + Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng. Đ a) Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng, đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ. Hỡnh 2-2: Sơ đồ truyền động đảo chiều bằng đảo chiều từ thông Hệ thường dựng cho công suất lớn và ít đảo chiều. b) Hệ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng trong khi từ thông động cơ được giữ không đổi. Hình 2-3: Sơ đồ đảo chiều bằng đảo chiều điện áp Hệ truyền động này thường dùng trong hệ thống truyền động với công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp. c) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng động cơ điều khiển riêng, dòng kích từ động cơ được giữ không đổi. Hình 2-4: Sơ đồ đảo chiều điẹn ỏp phần ứng Hệ này dung cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn, an toàn. d) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngược điều khiển chung để đảo chiều quay động cơ, dòng kích từ giữ cố định. Hình 2-5: Sơ đồ đảo chiều điều khiển chung Hệ truyền động này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều cao, nó thực hiện đảo chiều êm, nhưng lại có kích thước cồng kềnh do có thêm các cuộn kháng cân bằng, vốn đầu tư lớn, tổn thất lớn. e) Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung. Hình 2-6: Sơ đồ truyền động đảo chiều Hệ này dùng cho dải công suất vừa và lớn, có tần số đảo chiều lớn, thực hiện đảo chiều êm, kích thước cồng kềnh, tổn thất, vốn đầu tư lớn. 2. 1. 3 Các nguyên tắc điều khiển: Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính: a) Hệ truyền đụng T - Đ đảo chiều điều khiển riêng. Khi điều khiển, hai bộ biến đổi làm việc độc lập, riêng rẽ đối với nhau. Tại một thời điểm chỉ phát xung cho một bộ biến đổi còn bộ kia bị khóa do không có xung điều khiển (hình 2-3). Loại mạch này loại bỏ được dòng cân bằng chạy quẩn giữa các van. Vì vậy không cần dùng cuộn kháng cân bằng. Song trong quá trinh đảo chiều cần có “thời gian chết” ( nhỏ nhất là vài ms) để cho các van của bộ này ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khoa rồi mới bắt đầu phát xung điều khiển cho bộ kia hoạt động. Vì vậy cần một khối logic đảo chiều tin cậy và phức tạp. Truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển chung (hình 2 – 4). Tại một thời điểm cả hai bộ điều khiển đều nhận được xung mở nhưng luôn ở chế độ khác nhau. Một mạch ở chế độ chỉnh lưu, mạch còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu. 2. 1. 4 Nhận xét. + Ưu điểm: dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vũng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống. + Nhược điểm chủ yếu của hệ T- Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các hệ truyền động có công suất lớn còn làm xấu điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số cosj của hệ nói chung là thấp. 2.2. HỆ TRUYỀN ĐỘNG: BỘ BIẾN ĐỔI - ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha . Loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát triển của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới được khai thác hết các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - Động cơ. 2.3. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH 2.3.1. Phụ tải truyền động chính Phụ tải truyền động chính được xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành phần lực cắt và lực ma sát: F= F+ F F: lực cắt F: lực ma sát a. Chế độ làm việc hành trình thuận F= : hệ số ma sát gờ trượt. thành phần thẳng đứng của lực cắt. : khối lượng bàn : khối lượng chi tiết Ta có: F=0,08[0,4.35000+9,8(800+900)] = 2452,8N Do đú: F=F+F = 2453+35000 =37453N. b. Chế độ không tải Khi làm việc không tải, F= F = 0 Do đó F=F=0,08.9,8(800+900) = 1333N. 2.3.2. Tính chọn động cơ. Công suất đầu trục động cơ khi cắt: (kw) Trong đó V =35m/ph là tốc độ hành trình thuận Công suất đầu trục động cơ khi quay ngược không tải có tốc độ không tải V= 70 m/ph là: (kw) Do đó phải chọn động cơ có Pđm >Pttmax =(kw) Mặt khác, hệ thống phương án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu. Đồng thời, trong thực tế, để động cơ làm việc an toàn, người ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho động cơ . Kat = 1,05 đến 1,1 ở đây ta chọn hệ số an toàn là: Kat= 1,05 Do đó: Pttđc = 1,05.Pđc =1,05.51,4=54(kw) Như vậy ta có thể chọn động cơ loại: có các thông số: Pđm = 55kW nđm = 1000 vòng/phút Iđm = 286 A Ikđm = 4,16A Uđm = 220 V rcks = 37,8 W ; Rư+Rcp =0,0292W; N =220; N: số đôi mạch nhánh song song 2a = 2; số nhánh song song của phần ứng wcks = 950 wckn là số vòng dây một cực của cuộn song song f= 39.1 mVb là từ thông hữu ích của một cực nmax = 1500vòng/phút nmax là tốc độ quay cực đại cho phép J = 10,3 kgm2 J là mômen quán tính của phần ứng p = 2 (p số đôi cực) CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC 3.1. TÍNH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ud id Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lưu cầu 3 pha Người ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở a của các thyristor. Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm: Nhóm katot chung: T1 , T3 và T5 . Nhóm anot chung: T4 , T6 và T2 . Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp: va = U2sinq vb = U2sin(q - ) Hình 3.2 đồ thị dạng xung chỉnh lưu cầu 3 pha vc = U2sin(q - ) Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua. VF = vc , VG = vb . Khi q = q1 = + a cho xung điều khiển mở T1. Thyristor này mở vì va > 0. Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì va > vc . Lúc này T6 và T1 cho dòng chảy qua. Điện áp trên tải: ud = uab = va - vb Khi q = q2 = + a cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì khi T6 dẫn, nó đặt vb lên anot T2. Khi q = q2 thì vb > vc . Sự mở của T2 làm cho T6 bị khóa lại một cách tự nhiên vi vb > vc. Các xung điều khiển lệch nhau p/3 được lần lượt đưa đến cực điều khiển của các Thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, ....Trong mỗi nhóm, khi một Thyristor mở nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trước nó: Thời điểm q1 = + a mở T1 khóa T5 Thời điểm q2 = + a mở T2 khóa T6 Thời điểm q3 = + a mở T3 khóa T1 Thời điểm q4 = + a mở T4 khóa T2 Thời điểm q5 = + a mở T5 khóa T3 Thời điểm q6 = + a mở T6 khóa T4 Giá trị trung bình của điện áp tải: Ud = = (theo TL-1) Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp: I2 = = 0.816.Id (theo TL-1) Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp máy biến áp: I1 = = (theo TL-1) Công suất tính tóan máy biến áp: S = (theo TL-1) với S1 = 3.U1.I1 = 1,047.Pd S2 = 3.U2.I2 = 1,047.Pd Thay số liệu vào ta cú : S = = 1,047.Pd Nhận xét : Điện áp chỉnh lưu có số lượng xung gấp đôi so với sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha. Số van thường dung nhiều nên sụt áp trên các van là đáng kể, với yêu cầu dòng tải nhỏ - điện áp chỉnh lưu lớn thì ta thường dùng sơ đồ này. Sử dụng được hết công suất biến áp. 3.2. TÍNH CHỌN THYRISTOR Theo đề bài cho : Uđm = 220(V) ,Pđm = 55 KW ta tính được : Iđm = 286(A) Tính chọn tiristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đó chọn, điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van được tính đến như sau -Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu Do chọn sơ đồ chỉnh lưu cần 3 fa điều khiển đối xứng nên -Điện áp ngược của van cần chọn - hệ số dự trữ điện áp , chọn -Dòng điện trung bình của van : Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt :Không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn : - hệ số dự trữ dòng điện, chọn Từ các thông số chọn tiristor loại TF44006X cho bộ biến đổi . Ký hiệu Uđm (V) Iđm (A) Ipik Max (A) Ig (mA) Ug (V) Ir Max (mA) Ih Max (mA) Tx (ỡS) (V/s) T Max (C) TF440-06X 600 400 4000 200 3,0 70 25 2,0 200 15m 125 Trong đó : Uđm - Điện áp ngược cực đại của van Iđm - Dòng điện định mức của van Ipik - Đỉnh xung dòng điện Ig - Dòng điện xung điều khiển Ug - Điện áp xung điều khiển Ih - Dòng điện tự giữ Ir - Dòng điện rò - Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn du/dt - Tốc độ biến thiên điện áp Tx - Thời gian chuyển mạch ( mở và khóa). Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại 3.3 TÍNH TOÁN MBA CHỈNH LƯU 3.3.1. Tính các thông số cơ bản Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây làm mặt bằng không khí tự nhiên - Điện áp pha sơ cấp MBA:U1=380(V) - Điện áp pha thứ cấp MBA Phương trình cân bằng điện áp khi có tải Udocosamin=Ud+2+ min=10 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới Uv=2(V):sụt áp trên van Udn=0: sụt áp trên dây nối Uba sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA Chọn sơ bộ : Uba=6%.220 =13,2(V) Thay số ta có : ® Điện áp pha thứ cấp MBA Ku- hệ số điện áp của sơ đồ - Công suất tối đa của tải Pdmax=Ud0.Id=240,9.286=68898(w) - Công suất biến áp nguồn được tính Sba=Ks.Pdmax Sba- Công suất biểu kiến MBA (VA) Ks- Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, Ks=1,05 Sba=1,05.68897=72342,3(VA) - Dòng điện hiệu dụng phía thứ cấp MBA. I2=Khd.Id Kld-Hệ số dòng điện hiệu dụng, Khd= - Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA. (A). 3.3.2. Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thước bản mạch từ) -Tiết diện sơ bộ trụ QFe=kq Kq - Hệ số phụ thuộc vào phương thức luồn mát Kq= 6. m - Số trụ của MBA , m = 3. f - Tần số nguồn xoay chiều f=50(hz) Thay số: Qfe= 6. -Đường kính của trụ d = Chuẩn hoá đường kính trụ theo tiêu chuẩn: d=12 (cm). Chọn loại thộp 330 cỏc lỏ thép có độ dày 0,5 (mm) Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT=1(T) Chọn tỷ số m=h/d=2,3 Suy ra h=2,3d=2,3 . 12 =28 (cm) Vậy chọn chiều cao trụ 28 (cm) 3.3.3. Tính toán dây quấn - Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA W1=(vòng) Lấy W1= 133 vòng - Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA. W2= (vòng) Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA; với dây dẫn bằng đồng và loại MBA khô J = (22,75) A/mm, chọn J = 2,75A/mm. - Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA S1= Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1=24,2(mm). Kích thước dây có kể cách điện : S1cd =a1.b1=3,24.7,47(mm.mm) Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp J1= - Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA. Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn :S2=86,2(mm Kích thước dây có kể cách điện ; S2cd=a2b2=5,34.16,1(mm2) *Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp 3.3.4. Kết cấu dây quấn sơ cấp Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp Trong đó h- Chiều cao trụ, chọn chiều cao trụ=25cm hg- Khoảng cách từ gồng đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ hg=1,5cm kc- Hệ số ép chặt;ke= 0,95 Thay số (vòng) » 41 (vòng) - Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp (lớp) Chọn số lớp n11= 4 (lớp). Như vậy chia thành 3 (lớp) mỗi lớp có 33 (vòng) - Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày: S01=0,1cm Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp: a01=1,0cm Đường kính trong của ống cách điện : Dt = dfe+2a01-2.s01 = 10 +2.1 –2.0,1 =11,8(cm) Đường kính trong của cuộn sơ cấp D11 = Dt +2. S01 = 11,8 +2.0,1 = 12(cm) Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1(mm) Bề dày cuộn sơ cấp Bd1= (a1+cd11.).n11 =( 1,35+0,1).3.2 = 4,64(mm)=0,464(cm) Đường kính ngoài của cuốn sơ cấp Dn1= D11+2.Bd1 = 12 + 2.0,464=12,93(cm) Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp Chiều dài dây quấn sơ cấp l1 =W1..Dtb = 133..12,5 = 5205(cm) = 52,05(m) Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cdnl=1,0(cm) 3.3.5. Kết cấu dây quấn thứ cấp - Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp h1 = h2 =18,3(cm) - Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp (vòng) » 26(vòng) - Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp (lớp) Chọn số dây quấn thứ cấp n12 = 2 (lớp). Chọn 1 lớp đầu có số vòng dây 26 (vòng), còn lớp thứ 2 có 10 (vòng) Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp Đường kính trong của cuộn thứ cấp Dt2= Dn1 + 2.a12 = 12,93 +2.1 = 15,03(cm) Chọn bề dày cách điện giữa cỏc lớp dây ở cuộn thứ cấp :cd22= 0,1(mm) Bề dầy cuốn thứ cấp Bd2= ( a2+cd22) .n12= (0,181 +0,01).1.4 =0,267(cm) Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp Dn2 =Dt2 + 2.Bd2 = 15,03+2.0,267 = 15,56(cm) Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp Chiều dài dây quấn thứ cấp ; l2 = .W2.Dtb2 = .36.15,3= 1730(cm) = 17,3(m) 3.3.6. Tính các thông số của máy biến áp - Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 75C - Điển trở cuộn thứ cấp ở 75C () - Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp - Sụt áp trên điện trở biến áp - Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp = - Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp [H] = 0,01[mH] - Sụt áp trên điện kháng MBA 3.4 THIẾT KẾ CUỘN KHÁNG LỌC 3.4.1 Xác định phạm vi góc điều khiển - Chọn góc mở cực tiểu với góc mở này là góc dự trữ ta có thể bỏ qua được sự giảm điện áp lưới - Khi góc mở nhỏ nhất thì điện áp trên tải là max tương ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax= nđm - Khi góc mở lớn nhấtthì điện áp trên tải sẽ nhỏ nhất tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin Trong đúó Udmin được xác định bằng biểu thức sau nmax = Uđ đm – IưđmRưS nmin = Uđ min – IưđmRưS RưS = Rba +Rdt = 0,01 + 0,028 = 0,04(W) Thay số ta có Xác định điện cảm cuộn kháng lọc Ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn ,có nghĩa là đập mạch của điện áp ,dòng điện càng tăng lờn. Sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp ,đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ .Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im 0,1.Iư đm . Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao ,cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn . Điện kháng lọc còn được tính khi góc mở a = amax Ta cú Ud+u~ = E+RuS.Id + RuS .i~ + L Cân bằng hai vế U = R.i~ +L. vỡ R.i~ << L. nờn U = L. Trong các thành phần xoay chiều bậc cao , thì thành phần sóng bậc k = 1 có mức độ lớn nhất gần đúng ta có : U~ = U1m.Sin(6q +j) nên I = = = Im.Cos(6q+j1) Vậy Im = 0,1 Iưđm Suy ra : L r = 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp . Trong đó U1m = 2. U1m = 2. = 81,8(V) Thay số : L = = 0,0025= 2,5(mH) Điện cảm mạch phần ứng đó có : Lưc = Lư+ 2.LBA = 2 + 2.0,01= 2,02(mH) Điện cảm cuộn kháng lọc . Lk = L – Lưc = 2,5-2,02 =0,48 (mH) 3.5.TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ 3.5.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ . Hình 3.3 Mạch động lực có các thiết bị bảo vệ 3.5.2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn Khi làm việc với dòng điện có dòng điện chạy qua trên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất Dp , tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó, nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. +Tính toán cánh tản nhiệt + Tổn thất công suất trên 1 Thyristor: Dp = DU. Ilv =330 (w) + Diện tích bề mặt toả nhiệt: Sm =Dp/km .t Trong đó: Dp - tổn hao công suất (w) t - độ chênh lệch so với môi trường. chọn nhiệt độ môi trường Tmt =400 c. Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristo Tcp =1250 c. Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv =800 c t = Tlv - Tmt = 400 c Km hệ số tản nhiệt bằng đối lưu và bức xạ. Chọn Km = 8 [ w/m2 . 0 C ] vậy sm = 1,032 (m2 ) Chọn loại tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh a x b = 25 x 25 (cm x cm). Tổng diện tích tản nhiệt của cánh S = 12.2.25.25 = 1500(cm2 ) 3.5.3. Bảo vệ quá dòng cho van +Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và ngắn mạch tiristo, ngắn mạch đầu ra độ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp ngắn mạch ở chế độ nghịch lưu. + Chọn 1 apomat có: Idm = 1,1 Ihd = 182 ( A ) Udm =220 (v ) có 3 tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh định dòng ngắn mạch Inm =2,5 Ihd = 413 (A) Dòng quá tải Iqt =1,5 Ihd = 248( A ) Chọn cầu dao có dòng định mức Iqt = 1,1.. Idl =1,1.. 63,4 =121 (A) cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động +Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristo, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Nhóm 1cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 1 cc I1cc =1,1. I2 = 1,1 . 234 = 258 (A) Nhóm 2 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 2cc I2cc =1,1. Ihd = 1,1 . 165,1 =182 (A) Nhóm 3 cc: dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc I3cc =1,1. Id = 1,1 . 286 = 314,6(A) Vậy chọn cầu nhẩy nhóm: 1cc loại 300 A 2cc loại 200 A 3cc loại 350 A 3.5.4 Bảo vệ quá điện áp cho van Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Tiristo được thực hiện bằng cách mắc R - C song song với Thyristor. Khi có sự 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 Anot và katot của Tiristo. Khi có mạch R- C mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Tiristo không bị quá điện áp Hình 3.4 Mạch R_C bảo vệ quá điện áp cho van Theo kinh nghiệm R1 = (5) W ; C1 = (0,25 ) mF Chọn tài liệu [4] : R1 = 5,1W ; C1= 0,25 mF Hỡnh 3.5 Mạch RC bảo vệ quỏ điện ỏp từ lưới + Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc mạch R-C như hình 8.35 nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây . + Trị số RC được chọn :R2= 12,5 W ;C2 = 4 mF CHƯƠNG 4: TỔNG HỢP MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1. MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN. Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lờn hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ quay chi tiết máy bào giường có cấu trúc được trình bày trên hình 8 gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy bào giường Mx và thiết bị biến đổi năng lượng - chỉnh lưu cầu ba pha BĐ (được gọi là phần lực), các thiết bị đo lường ĐL và các bộ điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Động cơ truyền động được sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và được cấp năng lượng từ bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng lượng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (như công suất, điện áp, dòng điện, tần số...). Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động. Để đảm bảo chất lượng của hệ, ta sử dụng các mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh được trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao khả năng làm việc chính xác của hệ thống. 4.2. MÔ TẢ TOÁN HỌC ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Điện cảm phần ứng Lư =0,003(H) = 3 (mH ) trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ¸ 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 ¸ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. - kFđm = 0,67 - Mụmen quán tính J = Jđ + Jm = 0,2 + 18= 18,2 (kg.m2) - Hằng số thời gian cơ học Tc =1,062 (s) - Hằng số thời gian mạch phần ứng Tư =0,115 (s) << Tc - Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = 328,36 – 0,06M 4.3. TỔNG HỢP MẠCH VỒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống, xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc... Hệ thống truyền động điện động cơ quay chi tiết máy bào giường có hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng Tư nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện được thể hiện trên hình 9.2, trong đó F là mạch lọc tín hiệu, Ri là bộ điều chỉnh dòng điện, BĐ là bộ chỉnh lưu cầu ba pha, Si là sensor dòng điện. Tf, Tđk, Tvo , Tư , Ti là các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lưu, phần ứng và sensor dòng điện. Rư là điện trở mạch phần ứng và KCL, Ki là hệ số khuếch đại của chỉnh lưu và sensor dòng điện. KCL = = 23,4; = 0,009 ; Tf =Ti =Tđk = 0,001 (s) << Tư ; Tư = 0,115 (s); Tvo == 0,00167(s) Hàm truyền của mạch dòng điện ( hàm truyền của đối tượng điều chỉnh): Đặt Ts = Tf + Tđk + Tvo + Ti = 0,00467 << Tư = 0,115 thì có thể viết lại hàm truyền ở dạng gần đúng như sau: Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu module, ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu tỷ lệ – vi phân PI, trong đó đó chọn Ts = Ts =0,00467s (chọn a =2): Từ đó ta có bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI: R2 R1 R1 Uid Ui C2 - + 0A 2 Ur Ta có Tư =R2.C2 Chọn C2 =10 mF khi đó ta có: Hàm truyền của mạch vòng sẽ là: Quá trình quá độ sẽ kết thúc sau thời gian Tqđ = 8,4Ts = 0,039(s) và độ quá điều chỉnh là 4,57% (Imax = 18,3A). Nếu xét đến ảnh hưởng của sức điện động động cơ thì do tính chất cản dịu của nó mà trong nhiều có thể không xảy ra quá điều chỉnh dòng điện. 4.4. TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ Sensor tốc độ : và hằng số thời gian lọc Tw = 0,001 (s). Theo kết quả tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện là: Để thuận tiện trong tính toán tiếp theo, ta bỏ qua thành phần 2 để thu được biểu thức gần đúng của hàm truyền mạch vòng điều chỉnh dòng điện hệ thống: Đặt = 0,00517, khi đó đối tượng điều chỉnh của hàm truyền: Theo tiêu chuẩn tối ưu module, ta có thể xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ P, (lấy hệ số a2 = 2): 490,7 Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là: Mạch vòng tốc độ này là vô sai cấp 1 đối với tín hiệu điều khiển và là hữu sai đối với tín hiệu nhiễu. Hệ số khuếch đại của bộ điều chỉnh tốc độ Kp có thể điều chỉnh thông qua tham số a2. CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 5.