trang bị điện xe cầu

trang bị điện cầu trục

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

7

Với là hệ số ma sát trượt 7

Với la bán kính cổ trục bánh xe lấy bằng 0,08 (m) 7

Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường ray phải tính đến lực cản ma sát giữa mép bánh xe và đường ray.Lực đó được tính thêm bắng hệ số dự trữ k.hệ số dự trữ k được xác định theo kinh nghiệm vận hành lấy K=2 và toàn bộ lực cản trong trường hợp này là : 7

= = 135000 0,05 = 6750(N) 8

Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường ray phải tính đến lực cản ma sát giữa mép bánh xe và đường ray.Lực đó được tính thêm bắng hệ số dự trữ k.hệ số dự trữ k được xác định theo kinh nghiệm vận hành lấy K=2 và toàn bộ lực cản trong trường hợp này là : 8

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG

I Lý thuyết chung máy nâng hạ, vận chuyển:

1 Khái niệm chung:

Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và

tự động hoá các quá trình sản xuất Trong quá trình sản xuất máy nâng hạ vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng Máy nâng, vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất Máy nâng vận chuyển được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông Trong nhóm máy vận chuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình

Trong cầu trục có 3 chuyển động:

- Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phân xưởng)

- Chuyển động của xe con theo phương ngang (xe con di chuyển trên xe cầu theo chiều ngang phân xưởng)

- Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theo phương thẳng đứng (thực hiện nâng hạ tải trọng)

2 Phân loại máy nâng - vận chuyển:

Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và phương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng Việc phân loại một cách hoàn hảo các máy nâng, vận chuyển rất khó khăn

Có thể phân loại các máy nâng, vận chuyển theo các đặc điểm sau:

- Theo phương vận chuyển hàng hoá:

+ Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng

+ Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải

+ Theo mặt phẳng nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải

+ Theo các phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc

- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

+ Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền, băng tải, băng chuyền

+ Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại cần trục, cầu trục + Di chuyển quay với một góc quay giới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc

- Theo cơ cấu bốc hàng:

+ Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo

+ Dùng móc, xích treo, băng

+ Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện

- Theo chế độ làm việc:

+ Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền

+ Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục

3 Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện máy nâng,

vận chuyển.

Máy nâng, vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để ngoài trời Môi trường làm việc của các máy nâng, vận chuyển rất nặng nề, đặc biệt là ngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, các xí nghiệp luyện kim

Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bi điện của các máy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác

* Đối với hệ truyền động điện cho băng truyền và băng tải phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh

với tốc độ định mức thay đổi

đối với cơ cấu nâng - hạ, mômen theo

* Động cơ truyền động cầu trục nhất là

tải trọng rất rõ rệt

Khi không có tải trọng

(không tải) mô men của động

cơ không vượt quá (15÷25)%Mđm

Đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu

ngoạm đạt tới 50%Mđm Hình 1.1: quan hệ Mc=fω

Mc

ω

Đối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tải cầu bằng (50÷55)%Mđm

Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận chuyển yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thang chuyên chở khách Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu của

kĩ thuật an toàn

Năng suất của máy nâng, vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị

và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗi một chu kỳ không giống nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, động cho nên phụ tải đối với cơ chỉ đạt (60 ÷70)% công suất định mức động cơ.

Do điều kiện làm việc của máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làm việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển được chế tạo có

độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn

Xe cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe con có

thể chạy dọc theo dầm cầu

Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng

II Đặc điểm của hệ truyền động cầu trục và cầu trục phân xưởng:

* Mômen cản trên trục động cơ là: Tổng hợp của hai mômen thành phần

- Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của đông cơ

- Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động quay của động

cơ tuỳ thuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống

* Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

* Chu kỳ làm việc của cơ cấu:

- Di chuyển không tải

- Di chuyển khi mang tải

(Giữa các giai đoạn có thời gian nghỉ)

1 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ:

2 Hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:

Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối chúng ta bỏ qua thời gian hãm và thời gian

Trong đó: Q : năng suất bốc giỡ hàng hoá [N / h]

Gdm : tải trọng nâng hạ định mức [ ]N

Thời gian làm việc khi nâng, hạ được xác định từ chiều cao vận tốc nâng hạ

Hệ số tiếp điện tương đối:

* Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị:

- Mômen trung bình được xác định theo công thức:

Mtb =

ck

i i

T

t M

k∑

- Mômen đẳng trị được xác định theo công thức:

= 1 2

Trong đó:

Mi : Trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti

k = 1,2 ÷ 1,3 → Hệ số dự trữ phụ thuộc vào mức độ nhấp nhô của

đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy

Điều kiện chọn công suất động cơ:

lv

T

t t

Và tính phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Mđtcx

* Tính mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải:

tc

ttTD%

% TD

M

M tc= dt

Trong đó: Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn

TĐ% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60%

Động cơ được chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu:

M tc ≤ M đmĐC

M tc = M đtcx %

%th

tc

TD TD

PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO XE CẦU CỦA

CẦU TRỤC CHƯƠNG 1 : TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG

CHO TRUYỀN ĐỘNG XE CẦU CỦA CẦU TRỤC

1 Xác định phụ tải tĩnh

* Phụ tải tĩnh khi xe di chuyển có tải:

Thành phần F1 được xác định theo biểu thức :

0 1

( ) (100000 25000 10000 300000) 0,12

1305( )40

* Phụ tải tĩnh khi di chuyển không tải:

Thành phần F1 được xác định theo biểu thức

0 1

(100000 25000 10000) 0,12

405( )40

Với: Tlv = T0 + T1

Tck = Tlv + TnghỉTrong đó:

• T0 : Thời gian xe di chuyển không tải:

0

40104

* Thời gian chu kỳ: Tck = 60 + 30 = 90 s

* Hệ số làm việc tương đối:

3 Tính chọn sơ bộ công suất động cơ:

Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếp điện tương đối:Theo công thức (3.32) trang 128 – Trang bị điện, ta có:

j j

Điều kiện chọn công suất động cơ: Pđt ≤ Pđm⇒ Pđmđc ≥ 26,89(Kw)

Tra bảng 1-3 trang 111 “ Đề cương bài giảng trang bị điện ” ta chọn động cơ kích từ song song loại cầu trục luyện kim, điện áp 220V, vỏ kín, làm mát tự nhiên, chế độ làm việc ngắn hạn lập lại, TĐ% = 50%, chế độ định mức dài hạn, TĐ% = 100%, với các số liệu sau:

4 Kiểm nghiệm công suất động cơ:

* Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:

Mô men cản tĩnh khi xe chuyển động với tải được tính ở trên là :

ω

v m i

J J J

txt =

ct đm

đm t ct

tb

đm t

M M

J M

tb

đm

M M

J M

Nếu việc hãm xe cầu bằng phanh điện cơ ở cổ trục động cơ với mô men hãm Mh =2Mđm

thì thời gian hãm từ vđm(hay ϖđm) đến v = 0 khi xe cầu đầy tải và không tải là:

m)

t(s) 0

Thời gian xe cầu chạy ổn định tương ứng lúc đầy tải và không tải :

tod t = . 25, 43

12,62

od t đm

Tnghi = Tck - tod t - tod 0 - tmm t - tmm 0 - tht - t 0

= 90– 12,6 – 3 – 10,97 –8,05 – 3,6 – 5,8 = 45,56sThời gian đóng điện tương đối của động cơ :

(%) = lv 100% ck nghi 49, 2%

T t t

0

2 0

2 0

2 2

)( mm t mm od t od

od c t od ct mm

tb t mm ttb

t t t

t

t M t

M t

M t

M

+++

++

+β

Động cơ đã chọn hoàn toàn thõa mãn điều kiện về chế độ nhiệt

* Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải mô men :

Điều kiện kiểm nghiệm :

lvm dm

M

M ≥

Với λ = (2 ÷4) là hệ số quá tải động cơ

Mô men cực đại của động cơ :

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO XE CẦU CỦA

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 về thời gian quá độ, dải điều chỉnh, ổn định tốc độ Tuỳ theo các loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen 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 những 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 dụng hài 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 động cơ xoay chiều đơn giản Với những hệ thống có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính xác thì 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 phương pháp:

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 suất

+ 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)

Trong hệ truyền động máy phát - Động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng động cơ

là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập)

Sơ đồ nguyên lý :

Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từ máy phát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐBĐK, động cơ

ĐK cũng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F

Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F Nghĩa

là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn dây động cơ KT Đ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đó điện

áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RK Đ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông

Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ

u u

d k

R I k

U

Φ

− Φ

ω

Với U =UF – R I hay

u d

uE uD

d

I k

R R

k

F E

=

ω

Từ phương trình đặc tính cơ của hệ F -

Đ ta có họ đặc tính cơ của hệ là những

đường thẳng song song nằm ở cả bốn

góc phần tư của mặt phẳng tọa độ với

đ-+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng

+ Có khả năng quá tải cao

+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn

+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ

+ Có khả năng giữ cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làm việc

- Nhược điểm:

+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnh chiếm nhiều diện tích

+ Tổng công suất đặt lớn

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc độ

2.Hệ thống van - động cơ ( T- Đ ):

Hình 2.2.9: Sơ đồ khối

Sơ đồ gồm:

+ FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ

+ BBĐ : Bộ biến đổi dùng thyristor biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều cấp cho động cơ

+ Đ : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất

+ TH - KĐ : Khâu tổng hợp và khuếch đại tín hiệu

+ Ucd : Tín hiệu đặt vào

+ γ .n : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ.

* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động T - Đ:

- Chế độ dòng điện liên tục:

Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng

Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2.9) viết được sơ đồ đặc tính

I K

X R K

E n

dm

K dm

do

φφ

α

cos

=

M K

X R K

E n

dm

K dm

do

2).(

cos

φφ

K

+

= ( φ )2β

Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van

Thay đổi góc điều khiển:

+ Khi α =0÷π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họ đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [ω,M] do các van không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Hình 2.2.10: Sơ đồ thay thế

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi thành phần sụt áp ∆U kdo hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên.

Hình 2.2.11: Họ đặc tính cơ của hệ T - Đ

+ Khi

2

0≤α ≤π

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể làm việc

ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi chiều

Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:

K

d

X R

E E I

X R K

E

dm

K dm

φφ

β

- Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ= 2π /p và góc chuyển mạch µ =0.

Đường biên liên tục gần là đường elip

Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.

* Đánh giá chất lượng của hệ thống:

- Ưu điểm:

+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ

số khuếch đại công suất cao

+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ

+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

III Lựa chọn phương án truyền động

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 tế, 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 đặtt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây tiếng

ồn, rung động mạnh, vốn lắp đặt 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 tiếng 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 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 khuếch đại lớn, dễ tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ, kích thước nhỏ và gọn nhẹ.

Xu hướng phát triển công nghệ 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 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

IV.Chọn sơ bộ mạch động lực

1 Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển

Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trường hợp phải sử dụng nguồn điện áp một chiều có trị số thay đổi được 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

(Khuyếch 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 lưu 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 lưu 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 lưu 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

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 wt = 0 ¸ uA > 0 Tuy nhiên ở các khoảng wt = 0 ¸ p / 6 ,

uC > uA và wt = 5p/6¸ ub > uA

Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng wt = p/6 ¸ 5p/6 Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở Tương tự với T2 và T3.Thời điểm a0 = wt= p/6 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 dẫn dòng của van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2p/3) dẫn đến trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ giảm đi Khi góc mở a 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 dương 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 được xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng:

Để điều khiển điện áp chỉnh lưu 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

γ (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 = Eđmcosα

Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với trường hợp α = 0Với 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

l-ưu 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 2p / q ( q=2m hoặc q =

m) Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong một khoảng thời gian làm việc của một van

Hình 2- 10: Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu 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(wt + y)

+ Um - Biên độ điện áp nguồn (pha hoặc dây)

+ y - góc pha đầu, được xác định: y = p / 2 - p / q + a

T đặc trưng 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

Phương trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế:

d m

d d d

dt

di L i

R + = sin( ω + ψ ) − (2-5)Giải phương trình này ta nhận được biểu thức của dòng điện chỉnh lưu:

])

(1

)sin(

1[])

(1

)sin(

1[

2

/ 2

0

ωτ

ωτψ

ϖωτ

ωτ

+

−+

−

−+

−

−+

I e

arctg I

i

m d

(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 được gọi là chế độ dòng biên liên tục

4 Đảo chiều trong hệ thống T - Đ

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 tăc 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 đ-ược đổi chiều Thực tế người 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:

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

Do yêu cầu công nghệ,hệ truyền động tịnh tiến với tải trọng thấp, với tần số đảo chiều không cao nên em lựa chọn phương pháp điều khiển riêng

Như hình 2.11, hệ có 2 bộ biến đổi BBĐA và BBĐB ( A là BBĐ dương – BBĐP,

B là BBĐ âm – BBĐN) Các máy phát xung A và B phát xung cấp cho các BBĐ A và BBĐB Xung phát ra được cấp hay không được cấp cho các BBĐ nhờ khối LOG

Hỡnh 2- 11: Hệ truyền động T- Đ điều khiển riờng

Gỉa sử, BBĐA đang làm việc ở chế độ nghịch lưu với gúc điều khiển

α <Π với giỏ trị được quyết định bởi UC Điện ỏp phần ứng động cơ đổi

dấu và động cơ quay ngược

Sơ đồ mạch động lực

Trong sơ đồ gồm có:

- Máy biến áp BA :Làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho mạch

- CK là cuộn kháng dùng để lọc nguồn 1 chiều gọi là cuộn kháng san bằng.

- BD là các máy biến dòng đợc sữ dụng để lấy tín hiệu âm dòng điện, đa trở lại khống chế đầu vào mạch điều khiển

- Các bộ R-C đợc mắc song song với các Tiristor 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

Điện áp định mức : Uđm = 220 (V)Dòng điện định mức: Iưđm = dm 32.1000220 145, 45( )

U2a, U2b, U2c: Sức điện động thứ cấp MBA nguồn

E : Sức điện động của động cơ

R, L : Điện trở và điện kháng trong mạch

Rk, Lk : Điện trở, điện kháng cuộn lọc

Rư, Lư : Điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ

Thyristor được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản: dòng tải, điều kiện toả nhiệt, điện

áp làm việc Các thông số của van được tính như sau:

a Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:

Unv = kdtU.Ulv Trong đó:

KdtU : hệ số dự trữ điện áp

Theo (8-1),(8-2) (T.25 - Thiết kế thiết bị điện tử công suất _ Trần Văn Thịnh)

: hệ số điện áp tảiĐiện áp ngược của van cần chọn:

Unv = kdt1.Ulv = 1,8 230,27 = 414,486 (V)

b Dòng điện làm việc của van:

Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd) Dòng điện hiệu dụng được tính:

Từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn Thyristor loại C397E (T.217- sách TKTBĐTCS)

có các thông số sau:

Điện áp ngược cực đại của van : Un = 500 (V)

Dòng điện định mức của van : Iđmv = 450 (A)Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 7500 (A)Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 300 (mA)Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 3 (V)

Dòng điện rò : Ir = 45 (mA)Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là: ∆U =3 V( )Tốc độ biến thiên điện áp : 200(V /s)

Thời gian chuyển mạch : t cm =60µS

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 1250C

2 Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu:

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆ /Ylàm mát bằng không khí tự nhiên

* Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

cos

22

v d

d

U U

U U

U = + ∆ +∆ + ∆

= 253,45( )

10cos

2,13.206,1.2220

++

Điện áp pha thứ cấp MBA:

)(3,1086

.3

.45,2530

k

U U

* Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:

16800

6

f m

S k

kQ = 4÷5 nếu là MBA dầu

kQ = 5÷6 nếu là MBA khô

m : số trụ của MBA (m = 3 vì ta chọn MBA 3 trụ)

f : tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50 Hz)

* Đường kính trụ:

14,3

5,63.4

Chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 11 (cm) (bảng 8.5 - T.92)

* Chọn loại thép ∃ 330 các lá thép có độ dày 0,5 mm

* Chọn mật độ tự cảm trong trụ Bt = 1 (T)

* Chọn tỷ số = =2 ,3

d

h

m ⇒ h=2,3.d =2,3.11=25,3(cm)Với m = 2÷2,5

⇒ Chọn trụ cao h = 25 cm

c Tính toán dây quấn:

* Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:

* Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA:

Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô Do mật độ dòng điện thường chọn trong khoảng J = 2÷2,75⇒ Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

* Tiết diện dẫn sơ cấp MBA:

2 1

1 1

33,85

12,53( )2,75

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 12,5(mm2)

Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:

S1cđ = a1.b1 = 1,6 x 19,79 (mm x mm)

* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

75,215,11

67,301

53,

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 11,15(mm2)

Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:

S2cđ = a2.b2 = 1,61 x 7,52 (mm x mm)

* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:

66,215,11

72,292

Bd1

hg

a01

a12

* Số lá thép dùng trong các bậc:

5,0

7

g Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ:

Ta chọn gông từ có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau:

* Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ:

b = dt = 10,2 (cm)

* Chiều cao của gông bằng chiều rộng tấm lá thép thứ nhất của trụ:

a = 10,5 (cm)

* Tiết diện gông: Qbg = a x b = 107,1 (cm2)

* Tiết diện hiệu quả của gông:

Qg = khq.Qbg = 0,95.107,1 = 101,7 (cm2)

* Số lá thép dùng trong một gông:

2045,0

1025,

380

W 44,

1

Q f

U B

T

* Mật độ từ cảm trong gông:

)(49,07,101

89,81.61,

Q

Q B B

g

T T

* Chiều rộng của sổ:

Trong đó: mFe =7,85 (kg/dm3) _ trọng lượng riêng của sắt

* Khối lượng của gông:

Trong đó: mCu = 8,9 (kg/dm3) _ trọng lượng riêng của đồng

i Tính các thông số của máy biến áp :

* Điện trở của cuộn sơ cấp MBA ở 750C:

)(835,0124,3

69,120.46

1

1

1 75

1

2

2 75

77.835,0085,0W

1

2 1

1 12

2 2

3

)W.(

B B a h

r X

3

513,0236,101,05,23

736,8.77

068,

∆ x = 3 XBAI d = 3.0,068.54,54=3,54(V)

ππ

%100

%100

S P

* Điện áp ngắn mạch tác dụng:

3,108

53,44.153,0

%100 2

53,44.068,0

%100 2

3,108

* Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:

nr U U nm

π

= 2154,07 (A) < Ikik = 7500 (A)

Ipik : Đỉnh xung max của Thyristor

* Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng chuyển dịch:

Giả sử chuyển mạch từ mạch T1 sang T3 ta có phương trình:

.18,2.2

3,108.6

2

.6

L

U dt

)/(6,0

Vậy MBA sử dụng tốt

* Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:

%42,71

%100.16800

54,54.220

%100

* Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ

* Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn:

Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất

P

∆ , 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 dộ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để cho van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý

- Tính toán cánh tản nhiệt

- Tổn thất công suất trên 1 Thyristor: