Đề tài Thiết kế trang bị điện cho máy nâng hạ cầu trục

LỜI NÓI ĐẦU Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề. Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người Kĩ Sư Điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng. Trong quá trình học môn TRANG BỊ ĐIỆN em được nhận đề tài : Thiết kế trang bị điện cho máy nâng hạ cầu trục Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi có những sai sót. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè. Đặc biệt là sự giúp đỡ của ThÇy gi¸o Vò Anh TuÊn công tác trong khoa điện. Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, 02 tháng 06 năm 2010 Sinh Viên: Ph¹m Danh Hïng PHẦN I : TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG I. Lý thuyết chung 1. Đặc điểm của phụ tải nâng hạ - Mô men cản là tổng họp của hai thành phần + Mô men ma sát: thành phần phản kháng + Mô men do tải trọng sinh ra: luôn luôn dương,không phụ thuộc vào tốc độ và có tính thế năng : phụ tải phản kháng : phụ tải thế năng Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Chu kỳ làm việc của cơ cấu: Hạ không tải Nâng tải Hạ tải Nâng không tải Giữa các giai đoạn có thời gian nghỉ A 2 3 4 7 1 5 6 G 0 2.Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ dùng móc 1.Trục vít 2.Bánh vít 3.Truyền động báng răng 4.Tang nâng 5.Bộ phận móc hàng 6.Móc 7. Động cơ A. Điểm cố định cáp 3.Biểu thức phụ tải tĩnh Phụ tải tĩnh của cơ cấu nâng hạ chủ yếu là do tải trọng quyết định. để xác định phụ tải tĩnh phải dựa vào phương trình động học của cơ cấu nâng hạ (hình 1) a.Phụ tải tĩnh khi nâng - Có tải: (1) Trong đó: G:Trọng lượng của tải trọng(N) Go:Trọng lượng của bộ lấy tải(N) Rt:Bán kính của tang nâng(m) u:bội số của hệ thống ròng rọc :hiệu suất của bộ truyền i:Tỷ số truền và được xác định như sau (2) Với: V: vận tốc nâng tải (m/s) n: Tốc độ quay của động cơ (v/s) phụ thuộc vào: là một hàm phụ thuộc vào() dùng cách tra bảng - Không tải (3) b.Phụ tải tĩnh khi hạ - Có hai chế độ hạ tải + Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó mô men do tải trọng gây ra không đủ để thắng nổi mô men ma sát trong cơ cấu.Lúc này máy điện làm việc ở chế độ động cơ + Hạ hãm thực hiện khi tải trọng lớn ,khi đó mômmen do tải trong dược hạ với tốc độ ổn định(chuyển độnh không có gia tốc) Mô men do tải trọng gây ra không có tổn thất (4) Khi hạ tải năng lượng được truyền từ phía tải trọng sang cơ cấu truyền động nên (Nm) (5) Trong đó: :mô men trên trục động cơ khi hạ tải (Nm) :tổn thất mô men trong cơ cấu truyền động (Nm) : hiệu suất của cơ cấu khi hạ tải Nếu : hạ hãm : hạ động lực Coi tổn thất trong cơ cấu nâng - hạ khi nâng tải và hạ tải như nhau thì: (6) Do đó (7) So sánh (5) và (7) ta đượ: (8) Vậy:phụ tải tĩnh khi hạ có tải là: (Nm) phụ tải tĩnh khi hạ không tải là: (Nm). Chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc vào hiệu suất cơ cầu khi hạ tải: Khi động cơ làm việc ở chế độ động cơ đẻ hạ tải trọng hạ động lực Khi động cơ làm việc ở chế độ hãm để hạ tải trọng hạ hãm 4.Hệ số tiếp điện tương đối TĐ% Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việccủa cơ cấu nâng hạ có thể tính đượ năng suất Q và tải trọng định mức Trong đó thời gian làm việc trong một chu kỳ và được xác định theo điều kiện làm việc của cơ cấu Q:năng suất của cơ cấu nâng hạ trong một giờ làm 5.Chọn sơ bộ công suất động cơ - Xây dựng đồ thị phụ tải Tính mô men trung bình hoặc mô men đẳng trị (Nm) (Nm) Trong đó : là trị số mô men ứng với khoảng thời gian k = (1,2 – 1,3 )hệ số phụ thuộc vào độ nhấp nhô của đồ thị phụ tải,tần số mở máy và hãm máy Điều kiện để chọn công suất động cơ 6.Kiểm nghiệm - Xây dựng đồ thị phụ tải sau khi xét đến thời gian mở máy và thời gian nghỉ của động cơ,tính tại thời gian tiếp điện trong tương đối thực trong đó: Tổng thời gian làm việc :Tổng thời gian hãm :Tổng thời gian mở máy và tính lại phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Động cơ đã chọ đúng nếu thoả mãn yêu cầu trong đó::mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn :hệ số tiếp điệ tiêu chuẩn Nếu động cơ đã chon không thoả mãn yêu cầu thì phải chọn lại công suất động cơ và tiên hành kiểm nghiệm lại động cơ giống như các bước trên II.Tính chọn công suất động cơ truyền động 1.Xác định phụ tải tĩnh - phụ tải khi nâng có tải: Trong đó: G = 120000(N) G0 = 6000(N) RT = 200(mm) = 0,2(m) i = 10 u = 2 - Phụ tải khi nâng không tải: G=0 Theo hình 2 ta xác định - Phụ tải tĩnh khi hạ có tải: - Phụ tải tĩnh khi hạ không tải: . Động cơ làm việc ở chế độ hạ hãm 2.Xác định hệ số tiếp điện tương đối Với Trong đó: h: độ cao nâng hạ h = 10(m) : vận tốc hạ không tải =2(m/s) là thời gian hạ không tải : thời gian nâng không tải : thời gian nâng tải : thời gian hạ tải : Thời gian nghỉ bao gồm thời gian thao tác lấy tải,cắt tải,thời gian làm việc của xe cầu Tng=6+6+15+15=42 (s) thời gian làm việc Tlv=5+5+10+10=30 t n th M t Tck tho tdc tct Biểu đồ phụ tải Vậy hệ số tiếp điện tương đối là 3.Tính chọn sơ bộ công suât động cơ Để xét đến đặc tính phát nóng của động cơ khi làm việc nên ta chọn công suất động cơ theo phụ tải trung bình Vì động cơ không có hệ số tiếp điện chuẩn là 134,103% nên ta chọn Ta có: (Nm) Dựa vào tỷ số truyền chọn động cơ phù hợp Căn cứ vào điều kiện chọn công suất động cơ Mà Vậy Dựa vào các thông số đã biết và yêu cầu công nghệ của hệ thống ,tra bảng phụ lục và chọn động cơ điều chỉnh kích từ song song và loại cầu trục luyện kim với số liệu sau:( phụ lục 5) Kiểu Uđm = 220 (V) Pđm = 55 (kW) Iđm = 280 (A) rcks = 35,2 () TĐtc% = 40% rư + rf = 0,0805 () =82,1 Ndm=550 J=0,2 4.Kiểm nghiệm công sất động cơ Đồ thi phụ tải đặc trưng cho một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ khi tính đến thời gian mở máy và hãm M, P w t t BiÓu ®å phô t¶i M(t), P(t) vµ w(t) Vì ở cơ cấu nâng hạ Mc = const , J = const Phương trình đặc tính là: Xét trong quá trình mở máy M = MN () Với hằng số thời gian của hệ thống Tc Mà ta biết Để động cơ đạt tốc độ ổn định thì .Trong thực tế khi tốc độ đạt khoảng 95 – 98% tốc độ định mức thì có thể coi hệ thống đã đạt trạng thái ổn định Xét trong quá trình hãm Ta có Áp dụng Trong quá trình hãm tái sinh Độ sụt tốc khi hạ tải Ở chế độ không tải Động cơ làm việc hạ ở chế độ động lực hệ số tiếp điện tương đối theo tính toán Mô men đẳng trị cx của đồ thị phụ tải là Mđm = Mdm= Vậy thoả mãn Mđm > Mtc Động cơ được chọn thoả mãn với điều kiện phát nóng Động cơ được chọn phù hợp với tốc độ và yêu cầu của đề tài PHẦN 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG I – Khái niệm chung 1. Khái niệm Ngày nay với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì các máy sản xuất ngày một đa dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp; đòi hỏi độ chính xác cao và tin cậy. Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo được yêu cầu công nghệ mà phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định như về thơi gian quá độ, dải điều chỉnh ổn định tốc độ… Tùy theo các loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mô men với độ chính xác cao nào đó trước sự biến đổi của tải và các thông số nguồn… Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi. Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệ thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo nhưng nguyên tắc khác nhau với những ưu nhược điểm khác nhau. Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quyết, song mỗi phương án lại có một số ưu nhược điểm khác nhau về ứng dụng của chúng trong từng hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu. Để đáp ứng các yếu tố có sử dung hòa giữa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động thì ta nên dùng đông cơ xoay chiều đơn giản song với những hệ thống có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xác thì người ta thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp. Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng. Nó quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống. 2. ý nghĩa của việc lựa chọn: Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt: + Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy móc sản xuất + Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy + Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng xuất + Dễ dàng sữa chữa, thay thế khi xảy ra sự cố II –Các phương án truyền động 1.Hệ truyền động máy phát động cơ (F – Đ) Là bộ dùng một máy phát điện để cấp cho động cơ có thể là máy phát xoay chiều, một chiều, thay đổi mạch phần ứng… Hệ thống máy phát – động cơ đơn giản - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. + AK: động cơ không đồng bộ Rô tô lồng sóc ( hệ thống công suất lớn sử dụng động cơ đồng bộ ) kéo các máy K, F quay với tốc độ không đổi. + Máy phát kích thích K để cung cấp kích từ cho động cơ một chiều và máy phát F ( nếu CKK không đổi CKĐ để nguyên ). + Máy phát F cung cấp mạch cho phần ứng của động cơ Đ kéo máy sản xuất . + Động cơ một chiều Đ kéo máy sản xuất. - Nguyên lý làm việc của hệ thống Khởi động AK quay bằng hằng số CKK kích thích tăng CKF tăng dần −> Đ tăng. Khi máy phát ổn định −> động cơ ổn định. Muốn điều chỉnh ta điều chỉnh R ở CKF làm cho CKĐ thay đổi để đảm bảo chiều quay động cơ ta đảo chiều dòng kích từ máy phát nhờ cầu dao đảo chiều CĐ. - Phương trình đặc tính n = = Trong đó , : Hằng số chế tạo máy phát, động cơ , : Điện trở dây cuốn phần cứng động cơ, máy phát n phụ thuộc nên điều chỉnh bằng kích từ phấn ứng. - Nhược điểm của hệ F–D đơn giản. Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên do có độ sụt tốc độ gây ra bởi điện trở điện trở cuộn dây phần ứng máy phát. Khi phụ tải thay đổi tốc độ động cơ thay đổi không có khả năng ổn định tốc độ. Trong thực tế để khắc phục các nhược điểm trên, người ta dựa vào hệ thống các khâu phản hồi, hệ thống trở thành hệ thống kín. Trong hệ thống tổng công suất đặt lớn. Hệ thống F-D với phản hồi dương dòng điện phần ứng - Sơ đồ nguyên lý như hình vẽ Thay vào máy phát kích thích K người ta sử dụng máy điện khuếch đại(MKĐ). AK làm quay MKĐ cung cấp cho CKF, từ không kích thích kích từ độc lập. Cuộn W: Cuộn kích thích chủ đạo, khi có I qua tạo ra sức từ động chủ đạo F, điều chỉnh được biến trở. Cuộn W: Phản hồi dương dòng, lấy trên R, dòng điện chạy Hệ thống F-D với phản hồi âm tốc độ Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc FT Máy phát tốc là máy phát điện một chiều, kích từ không đổi u phát tỉ lệ bậc 1 với tốc độ quay Đ. = k.w = : hệ số phản hồi Khi F Phương trình cân bằng sức từ động. F = - Ưu điểm Ổn định tốc độ. Tự động điều chỉnh gia tốc khởi động của hệ thống. - Nhược điểm: Điều chỉnh tốc độ ở vùng rất thấp Chất lượng điều chỉnh tốt. Được sử dụng rộng rãi nhất là các truyền động công suất lớn Hệ thống F-D với phản hồi có ngắt Phản hồi âm dòng có ngắt Nhằm bảo vệ quá dòng cho động cơ khi thực hiện phản hồi ổn định tốc độ. Khâu ngắt Điện áp so sánh u. Van điện D Cuộn dây phản hồi W Điện áp đặt lên van : = - u = .I Khi I<I : D khóa : =0 (khâu ngắt không tự động) I> I : D mở, ≠0 (khâu ngắt tác động kích từ của MKĐ giảm tốc độ dòng phân ứng). Nhằm loại bỏ tác động của phản hồi cuộn áp trong thời gian khởi động. Đưa vào phản hồi cuộn áp khâu ngắt. Điện áp đặt lên van =- =. Khi < D khóa =0 (phản hồi không làm việc) > D mở, ≠0 (phản hồi tham gia vào ổn định tốc độ động cơ,kết thúc quá trình khởi động) HÖ thèng F - § víi ph¶n håi ©m ¸p cã ng¾t g. Đánh giá chung truyền động dùng BBĐ máy điện. + Động cơ có các chế độ làm việc như sau Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng 0 Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tích thế năng (khi hạ tải trong). + Ưu điểm: Khả năng quá tải lớn. Sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt. Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh. + Nhược điểm: Sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn Làm việc gây tiếng ồn lớn Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn + Hệ thống thích hợp với các truyền động. Có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn Phụ tải biến động trong phạm vi rộng Quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống. (Thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều,...). Cụ thể: Truyền động bàn của máy bào giường. Truyền động mâm của máy tiện đứng. Các truyền động của máy xúc. Cơ cấu nâng hạ, thang máy, cán thép. 2.Hệ thống van - động cơ(T – Đ) Sơ đồ khối : Hệ T-Đ là hệ TĐ động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần cảm của động cơ thông qua các bộ BĐ chỉnh lưu dùng Thyristor. Ikt : dòng điện kích từ. Ct1, Ct2, CL3 : Bộ chỉnh lưu (được nối theo sơ đồ hình tia, hình cầu) + Đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ Chế độ dòng điện liên tục. Dòng điện chỉnh lưu chính là dòng điện phần ứng. Dựa vào sơ đồ thay thế viết được phương trình đặc tính. Xk : đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van Họ đặc tính song song và mềm hơn đặc tính tự nhiên. Do tính chất dẫn dòng 1 chiều của van các đặc tính nằm bên phải mặt phẳng toạ độ. Từ phương trình đặc tính : Khi => Ud Ud0 – Ud0 Khi 0. Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi: E > 0 Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều. Khi . BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc: Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng. Dòng điện trung bình của mạch phần ứng: Phương trình đặc tính tốc độ: - Chế độ dòng điện gián đoạn. Trong tính toán người ta quan tâm đến biên giới của chế độ dòng liên tục và dòng gián đoạn Đường biên liên tục là một đường elíp Để giảm độ lớn của trục nhỏ elíp, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu, sơ đồ điều khiển sẽ phức tạp. Đánh giá chất lượng của hệ thống. + Ưu điểm: Tác động nhanh không gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao. Công suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ. Giá thành hạ, dễ bảo dưỡng, sửa chữa. + Nhược điểm: Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong mặt phẳng toạ độ. Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cosφ thấp. Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối với các hệ thống đảo chiều. Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động có tải nhỏ. PHẦN III: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU CỦA ĐỘNG MẠCH LỰC Qua quá trình phân tích hai hệ thống F-Đ và T-Đ. Ta thấy chúng có những ưu nhược điểm nhất định. Cả hai hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra. Nhưng xét về chỉ tiêu kinh té kỹ thuật thì mỗi hệ thống đạt được những đặc điểm khác nhau. Cụ thể ta thấy hệ F-Đ dễ điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống nằm đều bốn góc phần tư. Với hệ thống F-Đ khi lắp đặt chiếm diện 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 hướng chung vươn tới mục tiêu yêu cầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn ào, 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 nhu cầu CNH-HĐH. Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta dần tiến hành thay thế hệ thống truyền động F-Đ bằng các hệ truyền động khác. Với hệ truyền động T-Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dễ tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ và gọn nhẹ. Ngày nay vơi 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 các hệ thống với các bộ điều khiển tự động như RLC, 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 trưyền độn T-Đ. Lựa chọn sơ đồ nối dây của mạch chỉnh lưu a.Sơ đồ nối dây hình tia 3 pha có điốt k Catốt nói chung là cực dương của điện áp chỉnh lưu. Anốt nối chung: cực nối chung là cực âm. Điện áp còn lại là trung tính. Tuỳ vào cách nối anốt hoặc catốt chung mà cực chung là âm với ‘0’ hoặc dương với ‘0’ + Đặc điểm: Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cung cấp. Các van có một điện cực cùng tên nối chung tạo thành một cực của điện áp chỉnh lưu, điện cực còn lại là trung tính của nguồn. Nguyên lý làm việc: Xét sơ đồ thay thế. + Hai điều kiện mở Thyristỏ Điện áp anốt-catốt phải dương (UA > 0). Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển Các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định của điện áp nguồn. VD: ở pha A: T1 chỉ có thể mở trong khoảng : Thời điểm được 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 dãn dòng của van sẽ thay đổi (nhỏ hơn ) Trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu giảm. Khi ở góc mở α lớn thì Ud càng nhỏ Ud = Ud0 – cosα thay đổi → thay đổi Ud → thay đổi thời điểm đưa xung điều khiển vào cực điều khiển. b) Sơ đồ nối dây hình cầu ba pha có điốt k và sơ đồ thay thế. + Đặc điểm Số van chỉnh lưu bằng hai lần số pha của điện áp nguồn cung cấp Các van được nối thành từng nhóm. Các van có catốt nối chung tạo thành cực dương của điốt chỉnh lưu Các van có anốt nối chung tạo thành cực âm.Mỗi pha của điện áp nguồn nối với hai van, 1 van ở nhóm anốt chung, 1 ở nhóm catốt chung. + Nguyên lý làm việc của sơ đồ cầu Tại một thời điểm có ít nhất hai van cùng mở - 1 ở nhóm anốt chung và 1 ở nhóm catốt chung Van ở nhóm catốt chung nối với pha có điện áp dương nhất thì van mở. Van ở nhóm anốt chung nối với pha có điện áp âm nhất thì van mở. Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng. - Nghĩa là: + Trong 1 chu kỳ nguồn xoay chiều mỗi van dẫn dòng tối đa trong một khoảng thời gian = chu kỳ. + Sự chuyển mạch dòng từ van này sang van khác chỉ diễn ra với các van trong cùng nhóm và độc lập với nhánh kia. + Trong một chu kỳ của nguồn xoay chiều, điện áp chỉnh lưu lặp lại 2m lần giống nhau (khi m lẻ) hoặc m lần (khi m chẵn). (m:số pha) + Để điều khiển điện áp chỉnh lưu, thay đổi thời điểm đưa xung điều khiển đến các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng của van làm điện áp trung bình của chỉnh lưu thay đổi. 2. Lựa chọn phương án đảo chiều và phương án điều khiển + Trong nhiều trường hợp cần phải thay đổi được 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. Đảo chiều bằng rơle – công tắc tơ: dùng 1 bộ biến đổi. Nhược: Tần số đảo chiều thấp vì rơle công tắc tơ có quán tính cơ và điện, thời gian tác động riêng lớn → thời gian cần thiết để đóng cắt lớn ... → không đáp ứng được. Tuổi thọ của thiết bị thấp, dòng lớn làm xuất hiện hồ quang (do tđ thường xuyên đóng mở). Đảo chiều bằng cách dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược 1 bộ theo thuận, và một bộ theo ngược. Khắc phục được các nhược điểm trên, sơ đồ điều khiển phức tạp + Phương pháp điều khiển 2 BBĐ nối song song ngược. Phương pháp điều khiển riêng Phát xung điều khiển 1 BBĐ, BBĐ còn lại nghỉ. Khi cần đảo chiều quay động cơ khoá BBĐ đang làm việc sau đó phát xung điều khiển bộ kia: Ưu điểm: - Mạch tác động riêng rẽ.rõ ràng, độc lập - Không có dòng điện chạy quấn giữa hai bộ biến đổi(gọi là dòng điện cân bằng) Nhược điểm: - Tần số đảo chiều thấp vì cần phải có thời gian khôi phục tính khoá - Số kênh phat xung điều khiển nghiều Phương pháp điều khiển chung: Đồng thời phát xung điều khiển đến 2 BBĐ,một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ,một bộ làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ Ưu điểm: + Tần số đảo chiều lớn + Số kênh phát xung điều khiển bằng 1/2 số van - Nhược điểm: Sơ đồ điều khiển sẽ phức tạp,có dòng điện chạy quẩn giưã hai BBĐ - Khắc phục : Dùng cuộn kháng cân bằng để giảm dòng điện chạy quẩn Sơ đồ nối dây mạch lực Tóm lại để thoả mãn yêu cầu của hệ truyền động thì Phương án chọn là hệ truyền động T – Đ CC R R R § N H H N CK CD C C C CC CC CC CC CC R R R T 1 T 3 T 5 T 4 T 6 T 2 Sơ đồ nối dây của chỉnh lưu cầu 3 pha Phương án đảo chiều dùng công tắc tơ điều khiển Tính chọn các thiết bị động lực Điện áp không tải của bộ chỉnh lưu udo phải thỏa mãn phương trình Trong đó: Udo:điện áp không tải của chỉnh lưu ɣ1 : hê số tính đến suy giảm lưới điện ɣ2 : hê số biến áp ɣ2=1,04÷1,06 chọn ɣ2=1,04 αmin=12◦ :tổng sụt áp trên các van mỗi thời điểm chỉ có 2van dẫn uv=1,6(v) Iưmax:dòng cực đại phần ứng động cơ Iưmax=(2÷2,5)Iđm Chọn Iưmax=2.84=168(A) Eưđm=Uưđm-Rư. Iưđm=220-0,125.84=209,5(V) ∆ɣmax:sụt áp cực đại do trùng dẫn Có Idđm= Iưđm Iưmax=2 Iưđm→∆uɣmax=2∆uɣđm=2udoukyk Với uk là điện áp ngắn mạch uk(%)=5%→ uk=0,05 (tra bảng bộ chỉnh lưu cầu 3f) Vậy Chọn biến áp nguồn theo kiểu đấu ∆/Y điện áp lưới UL=380(v) Tỉ số biến áp Dòng hiệu dụngthứ cấp biến áp Dòng hiệu dụng sơ cấp biến áp nguồn Công suất định mức: Sđmba=1,05Ud0Idđm=1,05.227,56.84=20070,79(VA) Chọn Sđm=21(KVA) Chọn thirytor trong mạch chỉnh lưu Ta có 1 bộ chỉnh lưu cầu 3f tra sổ tay ta tính được các thông số sau Dòng trung bình qua mỗi thirytor Điện áp ngược mỗi thirytor phải chịu Chọn hệ số dự trữ về điện áp và dòng điện của thirytor : KU=1,6 và KI=1,5 Vậy thirytor phải chịu điện áp ngược cực đại UTmax=1,6.238,38=381,41(V) Phải chịu dòng trung bình là: ITtb=1,5.28=42(A) Phải chịu dòng cực đại khi dẫn là: ITmax=1,5.56=84(A) Vậy ta chọn được loại thirytor chỉnh lưu cho động cơ là: LOẠI I0(A) vrrm Itsm (A) Vgt max(v) IDM (mA) IGImax(A) Vtmmax(v) Itmma du/dt x(A)v/us Di/dt TYN 6 90 45 600 220 3 1,5 25 100 1,5 50 100 Tính chọn cuộn kháng san bằng Công thức gần đúng tính điện cảm cân bằng động cơ 1 chiều kích từ độc lập Trong đó kl=1,4÷1,9 chọn kl=1,4 Uđm=220(v) Iđm=84(A) zp=4 nđm=1230v/p LƯ=0,2(mH) Tính chọn mạch bảo vệ quá điên áp do tích tụ điện tích Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của thirytor :b=1÷2 chọn b=1,6 Giả sử biến áp nguồn có LC=02(mH) Hệ số quá điện áp: Cacs thông số trung gian : Tính khi chuyển mạch ta có phương trình lúc bắt đầu trùng dẫn →= ↔=0,596(A/µs) Ta thấy với thirytor đã chọn có nên không cần cuộn kháng bảo vệ LK coi Lk=0 Xác định R1 ,C1 : 31,01≤R1≤67,66 Vậy chọn R1=47 C1=05,7(µF) PHẦN IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN Để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên các van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của van phải có điện áp điều khiển (thường gọi là tín hiệu điều khiển). Để có hệ thống tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển Điện áp điều khiển các Tristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất,biên độ cũng như thời gian tồn tại. Do đặc điểm của Tiristor là khi van đã mở thì làm việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Tristor có dạng xung Trong hệ thống truyền động ta dùng các hệ thống phát xung điều khiển đồng bộ ,khống chế theo nguyên tắc pha dứng với sơ đồ khối như sau Khối 1:Khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu động bộ hoá và phát ra điện áp hình răng cưa đưa đến khối so sánh Khối 2:Khối so sánh có nhiệm v