phân tích yêu cầu của nhà máy sản xuất

Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kĩ thuật mà cả về mặt kinh tế.Do vậy thiết kế hệ thống TDD người ta

Với các động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độ định mức của động cơ Để một hệ thống TDD làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo một sự phù hợp tương ứng nào đó Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kĩ thuật mà cả về mặt kinh tế.

Do vậy thiết kế hệ thống TDD người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tớnh cơ của động cơ càng gần với đường đặc tớnh của cơ cấu sản xuất càng tốt Nếu đảm bảo được điều kiện này thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất, khi mô men cản thay đổi và tổn thất trong qua trình điều chỉnh là nhỏ nhất.

- Chọn động cơ truyền động cho máy sản xuất phải phù hợp, đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật cũng như kinh tế , để chọn động cơ ta dựa vào các chỉ tiêu sau :

+ Khả năng làm việc của động cơ yêu cầu công nghệ để chọn động cơ phù hợp

+Dải điều chỉnh càng lớn thì hệ càng có chất lượng cao +Tổn hao năng lượng càng nhỏ càng tốt

+Công suất của động cơ phải phù hợp với tải +Tốc độ của động cơ phải thoả món yêu cầu của máy sản xuất +Điều chỉnh tốc độ, khởi động hóm dừng nhanh chóng

+

II/ Quy đổi về hệ thống truyền động điện

Ta có số liệu của máy sản xuất như sau:

- Phụ tải Mc = hằng số và mang tớnh chất phản kháng

- Công suất tải Pđm =15 Kw , Tốc độ tải nđm = 300 v/p

- Hiệu suất n = 0,85

- Sai lệch tớnh [St%] =3 % , Phạm vi điều chỉnh 50 : 1

- Thời gian quá độ tp = 2,0 s

1, Quy đổi mô men Mc về trục động cơ

Ta chọn tỉ số truyền i = 5

Và   0 , 85

Ta có : Mô men cản Mc quy đổi về trục động cơ là

M M

M

cqd t

t cqd

15

kw

p M

I Lựa chọn phương án truyền động điện

Trong sản xuất giá trị, chất lượng và năng suất của sản phẩm phụ thuộc vào rấtnhiều yếu tố Một trong những yếu tố đó là dây truyền sản xuất ,dây truyền cànghiện đại thì hệ thống càng phức tạp Bất kỳ một dây truyền sản xuất nào cũng

cú cỏc bộ phận truyền động, nó có thể được tạo ra từ sự phối hợp nhiều thiết bịkhác nhau.Ứng với mỗi một công nghệ yêu cầu có thể đưa ra rất nhiều phương

án truyền động khác nhau Vì vậy vấn đề đặt ra phải phân tích và lựa chọn mộtphương án tối ưu nhất Một phương án truyền động được gọi là tối ưu khi sửdụng hợp lý các thiết bị và khai thác tối đa khả năng của chúng đáp ứng đượccác yêu cầu kỹ thuật ở quá trình xác lập và quá trình quá độ đồng thời phải đápứng được chỉ tiêu về kinh tế (chi phí đầu tư, chất lượng và năng suất sảnphẩm…) Hiện nay hầu hết các công nghệ đều sử dụng các động cơ điện làmtruyền động

I.1 Chọn động cơ điện

Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong dây truyền truyền sản xuất,thường xuyên phải làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quáđộ), trạng thái quá tải, trạng thái hãm Hiện nay chia ra làm hai loại động cơchính là :

+ Động cơ điện xoay chiều

+ Động cơ điện 1 chiều

I.1.1 Động cơ điện xoay chiều

(hình 1)

2 ' 2 1 1

' 2

2 f

X s

R r s ω

R U 3 M

ω ω

ω : là tốc độ làm việc của động cơ

Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ ĐC không đồng bộ

Thông thường ta hay sét phương trình đặc tính cơ như hình 1 có giá trị sth và

Mth xác định như sau:

th th

th

th th

S a 2 S

S S

S

) S a (1 M 2 M

f2 f3

r

a 

-Độ cứng đặc tính cơ

th 1

th S ω

M

2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ

a Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f1)

Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra 3pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này đểđiều chỉnh tốc độ động cơ truyền động Điều này được thực hiện trên nguyên tắc

sau : từ công thức

P

πff 2

1   vầ

1 nm

2 2 th

f πfL 8

U P 3

Đặc tính cơ thay đổi tần số (hình1 2)

Hình 1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số

Nhận xét :

Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số khi giữ nguyên điện áp phần ứngkhi điều chỉnh giảm tần số sẽ làm cho mô men khởi động lớn và dòng điện rấtlớn sẽ làm hỏng động cơ khi khởi động vì vậy khi điều chỉnh tần số không

mm

được giữ nguyên điện áp mà phải thay đổi theo một quy luật nhất định Thật vậy

ta có U1 =4,44w1.Kdq1.f1.Φ =C.f1.Φ

Khi điều chỉnh tần số phải giữ cho Φ =const nên sự thay đổi điện áp theo tần số

theo quy luật sau: 

1

1 f

U 3 M

2 nm

2 1 1 1

1

2 f th







2 mm

2 1

' 2 th

X r

R S

hiện cho động cơ rô to dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rô to để mởrộng dải điều chỉnh tốc độ và mô men.

- Đối với phương pháp này cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoaychiều thành xoay chiều

- Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm Mth giảm trong khi đó giữ nguyên

f1 =const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độđộng cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động và mômen tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được

- Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khiyêu cầu dòng điện khởi động nhỏ

c Phương pháp thay đổi số đôi cực (P)

R

S  =const do đó độ cứngđặc tính cơ β không đổi

Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực

Hình 1.4 Đặc tính cơ Khi thay đổi số đôi cực P

Nhận xét :

- Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây statocủa động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như Uf1 ,r1 ,X1

R f2

… làm cho Mth động cơ thay đổi vì vậy nó thường dùng cho động cơ rô to lồngsóc -Số cấp tốc độ điều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chếtạo hai cấp do đó không thể điều chỉnh trơn tạo ra rung giật khi điều chỉnh tốcđộ

d.Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dõyquấn)

) X r (r ω 2

U 3 M

2 nm

2 1 1 1

1

2 f th





2 mm

2 1

' 2 th

X r

R S



th 1

th S ω

U 3 M

2 nm

2 1 1 1

1

2 f th





2 mm

2 1

' 2 th

X r

R S



th 1

th S ω

- Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có côngxuất trung bình và lớn khi yêu cầu cần giảm dòng điện khở động tuy nhiên sẽkéo theo mô men khởi động cũng nhỏ

- Khi cần tạo ra đặc tính cơ có mô men khởi động là Mnm thì đặc tính cơ khi đưa

Xf vào cứng hơn khi đưa Rf Điều này chứng tỏ tổn hao năng lượng khi đưa điệntrở vào mạch stato là lớn

2 Động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suấttrung bình và lớn ,có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dùngcho máy bơm quạt gió ,hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thườngdùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -Động cơ công suất lớn

- Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vậnhành tin cậy

a Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ

Hình 1.7 sơ đồ nguyên lý và đặc tính sơ đồng bộ

- Trong phạm vi mô men cho phép M<Mmax thì đặc tính cơ tuyệt đối cứng   

còn khi M >Mmax thì động cơ sẽ bị mất đồng bộ

- Động cơ này là việc động cơ tốc độ gặp khó khăn do chỉ có phương pháp duynhất là biến tần nguồn điện Tuy nhiên, do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuậtđiện tử thì nhược điểm này đã được khắc phục bằng các bộ biến tần công nghiệpcủa cỏc hóng sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nổi tiếng trên thế giới nhưSIEMENT( Đức ), OMRON (Pháp) v.v nhưng do giá thành còn cao và hầu hếtcác công nghệ hiện nay chưa có hệ thống truyền động thích hợp với loại động cơnày vì vậy mà động cơ đồng bộ chưa thông dụng ở nước ta.

I.1.2 Động cơ một chiều

Động cơ một chiều được ra đời rất sớm và cơ sở lý thuyết về loại động cơ này

đã được hoàn thiện ,Hiện nay nó chiếm 70 % trong các hệ truyền động từ côngsuất nhỏ đến công suất lớn Tuỳ thuộc vào yêu cầu hệ truyền động mà động cơmột chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp hay song song với phần ứng nên chialàm hai loại động cơ một chiều :

+Động cơ một chiều kích từ độc lập +Động cơ một chiều kích từ nối tiếp +Động cơ một chiều hỗn hợp

I Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếpvới cuộn dây phần ứng (hình 1.8) , nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trởnhỏ , số vũng ớt, chế tạo dễ dàng

I K

R R K

Hình 1.8.b) Đặc tính tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

c) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

trong công thức từ thông phụ thuộc vào dòng điện kích từ chính là dòng điệnphần ứng (Ikt =Iư) quan hệ giữa từ thông và dòng điện là quan hệ phi tuyến theođường cong từ hoá do đó để đơn giản cho việc tính toán ta tuyến tính hoá đoạnđường cong để Φ =f(Ikt) là quan hệ tuyến tính khi đó Φ = C.I mà ta có :

A C K

R R M C K

- Mô men động cơ kích từ nối tiếp không phụ thuộc vào sụt ỏp trờn đường dây

- Nhờ có dạng đặc tính cơ hybecbol nên động cơ có khả năng tự điều chỉnh tốc

độ khi phụ tải thay đổi để cho công suất cơ gần như không đổi nhờ đó khi nhẹ

tải động cơ sẽ quay nhanh hẳn để tăng năng suất máy ngược lại khi tải lớn động

cơ sẽ quay với tốc độ chậm

II Động cơ một chiều kích từ độc lập.

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc vào nguồn mộtchiều độc lập (hình 1.9) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thểcuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có côngsuất vô cùng lớn)

1 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc điểm : Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phần ứngđộng cơ nên tiết diện dây nhỏ ,điện trở lớn ,dũng kớch từ không phụ thuộc vàotính chất của tải

Phương trình đặc tính cơ :

M ) K (

R R K

U

2 dm

f u dm

- Từ thông sinh ra trong động cơ không phụ thuộc vào tính chất của tải mà chỉphụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ Vì vậy có thể thay đổi từ thông

để điều chỉnh tốc độ

- Đường đặc tính cơ là đường thẳng và động cơ làm việc ổn định khi tốc độkhông đổi thì mô men điện từ bằng mô men trên trục động cơ ,điểm làm việctrên đặc tính tương ứng giao điểm đặc tính tải với đặc tính cơ tự nhiên

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền cơ khí kếtcấu cơ của máy, khả năng chuyển mạch cổ gúp,độ duy trì tốc độ dặt khi có sựdao động của phụ tải tĩnh

- Có đặc tính cơ cứng mô men khởi động lớn có thể điều chỉnh được mô mendựng cỏc phương pháp cưỡng bức như đưa thêm điện trở phụ vào mạch phầnứng

2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ

a Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng

Khi thay đổi điện áp phần ứng Uư=var ,Rư =const ,Φkt =const

Tốc độ không tải lý tưởng:



 ox

x dm

U K

Độ cứng đặc tính cơ:

const R

Hình 1.10.Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ

- Khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ phải giữ cho từ thông kích từ không đổi

và định mức

- Ứng với một tải thì độ sụt tốc độ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau Sailệch tốc độ tương đối trên đường đặc tính thấp nhất sẽ lớn nhất

- Dải điều chỉnh rộng và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản

- Phương pháp này cần có bộ nguồn để thay đổi điện áp

b Phương pháp thay đổi từ thông

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ :

Khi điều chỉnh từ thông ta giữ cho điện áp đặt vào phần ứng động cơ không đổi

và định mức Uđm =const ,Rư =const ,Φkt =var

Tốc độ không tải lý tưởng:

Hình 1.11 Đặc tính cơ khi điều chỉnh từ thông

Nhận xét:

Do cấu tạo động cơ, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông Nên khi từ thônggiảm thì ox tăng, còn  sẽ giảm Ta có đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứngcủa đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 1.11)

- Khi thay đổi giảm từ thông ta thu được họ đặc tính cơ có tốc độ ω >ω0 và độdốc càng tăng khi từ thông càng giảm nhỏ Khi từ thông giảm đến một giá trịnào đó thì có thể làm cho khả năng chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi, gây hồquang

- Dải điều chỉnh nhỏ và thường điều chỉnh trên tốc độ cơ bản

- Khi tốc độ tăng làm cho truyền động mất ổn định

- Giảm mô men khởi động, ít tổn hao do điều chỉnh, kinh tế

Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc

độ lớn hơn tốc độ định mức Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này

c Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạchphần ứng.(Uđm =const ,Φkt định mức ,R=var)

Tốc độ không tải lý tưởng: 



0  U K dm dm

- Phương pháp này có độ sụt tốc độ lớn khi điều chỉnh hay điều chỉnh có cấp ,độtrơn điều chỉnh lớn

- Mô men khởi động và dòng khởi động giảm nhỏ Khi điện trở phụ đưa vàocàng lớn thì đặc tính cơ càng mềm

- Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản

- Phương pháp này gây tổn hao lớn vê mặt năng lượng, làm giảm hiệu suất biếnđổi năng lượng của hệ

- Phương Pháp này dễ dàng thực hiện khi hệ thống không yêu cầu cao về điềuchỉnh tốc độ

III Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Loại động cơ này có 2 cuộn dây kích từ một cuộn mắc song song ,một mắc nốitiếp với phần ứng động cơ vì vậy nó tận dụng được các ưu điểm của động cơmột chiều kích từ nối tiếp và kích từ độc lập

1 Sơ đồ nguyên lý

2.Đặc tính cơ

Hình 1.13 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Nhận xét:

- Đặc tính cơ có dạng trung gian đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập

và đặc tính cơ kích từ nối tiếp

- Từ thụng chính của động cơ phụ thuộc vào tính chất của tải

- Đường đặc tính cơ mềm có thể chạy ở tốc độ không tải

- Loại động cơ này có cấu tạo phức tạp và giá thành cao nờn ớt được sử dụngtrong thực tế

Dùng cho các hệ truyền động yếu cầu có công suất trung bình và lớn ,yêu cầu độ

ổn định tốc độ cao, hiệu suất và hệ số cosφ cao

b Nhược điểm:

Trong các hệ truyền động công suất nhỏ chế tạo rất khó khăn

3 Động cơ điện một chiều

a.Ưu điểm :

Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh thuận lợi dễ dàng khi thay đổi một trong cácthông số vật lý của động cơ, có thể điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp, mô menkhởi động lớn, quá trình khởi động êm, thời gian khởi động nhỏ hệ số quá tảilớn

b Nhược điểm :

Có cấu tạo phức tạp giá thành cao gặp khó khăn trong vận hành, sửa chữa, bảodưỡng, phải có bộ biến đổi kèm theo làm tăng chi phí đầu tư.

I.1.4 Kết luận chọn động cơ truyền động

a Chọn động cơ

Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ cónhững ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làmviệc Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu

điểm hơn động cơ xoay chiều.Vì vậy em chọn động cơ một chiều làm động cơ

truyền động

b Chọn kích từ cho động cơ :

Qua phân tích về 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơđiện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nờn ớt được sửdụng Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòngđiện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi.Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dõy kớch từnhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm từ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc

độ cao, có thể điều chỉnh trơn Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại

kích từ độc lập.

I.1.5 Chọn Phương pháp điều chỉnh tốc độ

Hiện nay trong các nhà máy đều cú cỏc hệ truyền động điện để đáp ứng yêu cầucông nghệ từ yêu cầu đơn giản đến phức tạp để nâng cao chất lượng sản phẩm,năng suất lao động chẳng hạn như hệ truyền động máy tiện khi bắt đầu gia côngchi tiết thì yêu cầu tốc độ giảm để tránh mẻ dao, khi ra dao yêu cầu di chuyểnnhanh để tăng độ nhẵn bề mặt chi tiết và nâng cao năng suất Như đã phân tích

có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ :

+Thay đổi điện áp phần ứng +Thay đổi từ thông chính +Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơMỗi phương pháp điều chỉnh có những ưu điểm riêng phụ thuộc vào yêu cầucông nghệ mà chọn phương pháp thích hợp Em quyết định chọn phương án

điều tốc độ dưới tốc độ cơ bản bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt vàođộng cơ.

I.2 Chọn Bộ biến đổi điện áp

Bộ biến đổi điện áp có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp mộtchiều cấp cho phần ứng của động cơ Hiện nay người ta thường sử dụng các bộbiến đổi sau:

Nhược điểm lớn nhất của hệ F - Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất

là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lầncông suất động cơ chấp hành Ngoài ra các máy phát một chiều có từ dư, đặctính từ hoỏ cú trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ

- Bộ biến đổi van động cơ có nhiều ưu điểm như: Các van đều làm từnhững linh kiện bán dẫn điện tử đơn giản nên sơ đồ đơn giản, gọn nhẹ, khụnggõy ồn, chi phí thấp, hiệu suất cao, dễ thực hiện tự động hoá, tác động nhanh,phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, điều chỉnh trơn và phù hợp với nhiều loại phụtải Bên cạnh đú cũn cú những nhược điểm nhỏ như khả năng chịu quá tải kộmnờn cần phải có bảo vệ, điện áp ra đập mạch nên cần phải có mạch lọc

Từ nhận xét trên và theo yêu cầu của đề tài em quyết định chọn BBĐ van động cơ làm hệ truyền động

-II Chọn và phõn tích mạch động lực

Mạch động lực trong hệ thống truyền động điện là mạch cung cấp điện năng chođộng cơ điện biến điện năng thành cơ năng trên trục động cơ Tải ở đây có thể là

các máy công cụ trong công nghiệp, hoặc các hệ thống nâng hạ, cẩu Điện năngcung cấp ở đây có thể là dòng 1 chiều hay xoay chiều.

Mạch động lực của hệ thống truyền động điện đã cho theo đề tài là hệ thốngvan-động cơ bao gồm động cơ điện, bộ biến đổi và các thiết bị phụ khác

Động cơ điện theo đề tài là động cơ điện một chiều, kích từ độc lập, không đảochiều, phạm vi điều chỉnh tốc độ 10/1 với sai lệch tĩnh [St]%=5%

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ta lựa chọn là phương pháp thay đổi điện áp đặtvào phần ứng động cơ Với phương pháp này ta có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ,

độ bằng phẳng của tốc độ bằng 1, độ dốc đặc tính bằng const, dải điều chỉnhrộng, chỉ tiêu năng lượng được đánh giá tốt, bảo đảm ổn định tốc độ động cơ tốthơn nhiều so với các phương pháp khác Như vậy vấn đề đặt ra là ta phải chọn

sơ đồ bộ biến đổi và một số thiết bị phụ cho mạch động lực, mà chủ yếu là bộbiến đổi

II 1 Chọn bộ biến đổi

Với điện áp nguồn cung cấp là xoay chiều hình sin và yêu cầu đầu ra của bộbiến đổi là điện áp một chiều điều chỉnh được Ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnhlưu có điều khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với một

bộ biến đổi một chiều- một chiều Trong đề tài này ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cóđiều khiẻn cho gọn nhất, đơn giản nhất, còn phương án dùng một sơ đồ chỉnhlưu không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi một chiều - một chiều không sửdụng vì nó cồng kềnh, kích thước lớn, tốn nhiều van và giá thành lại cao

Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì các sơ đồ chỉnh lưu sau có thể đáp ứngđược:

- Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha

- Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha

- Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 1 pha

- Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha

Ta xét một số bộ biến đổi:

* Hình tia ba pha:

Giả thiết Ld=, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng  và cũng giảthiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (t=0).

* Ta tạm giả thiết rằng : trước thời điểm t=1= thì trong sơ đồ van T3 đangdẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T1 sẽ có điện ápthuận (vì uT1= ua- uc= uac , và tại t =1= thì uac>0 nên uT1>0 )

* Tại t =1= thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ hai điều kiện để mở nên

T1 mở và uT1 giảm về bằng không Do uT1=0 nên ud=ua , và từ sơ đồ ta xác địnhđược điện áp trên T3 là : uT3=uc - ua = uac , tại 1 thì uac<0, tức là T3 bị đặt điện ápngược nên khoá lại, van T2 thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau 1 trong

sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng, khi T1 dẫn dòng :

ud= ua ; iT1= ia = Id ; iT2=0 ; iT1=0 ; uT2= uba ; uT2=uca

* Đến t = 5/6 thì ua=ub , đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T2 , nhưng T2

chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển,do ua vẫn dương kết hợp với tác dụngcùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong Ld mà T1 vẫn tiếp tục dẫn dòng

* Đến t =  thì ua=0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T2 còn chưa mở nên

T1vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của Ld

* Tại t = 2 = 5/6 +  thì T2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện ápthuận nên T2 mở, T2 mở thì uT2 giảm về bằng không nên ud= ub và uT1= ua- ub= uab

mà tại 2 thì uab<0, tức là T1 bị đặt điện áp ngược nên khoá lại Do vậy từ 2

trong sơ đồ chỉ có van T2 dẫn dòng, khi T2 mở :

* Tại t = 1 (chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T1 1 góc điều khiển ) thì

T1 có tín hiệu điều khiển lúc này uT1 thuận (uT1= uac tại u1>0) dẫn đến T1 mở suy

ra uT1 giảm về 0 và uT3= uc - ua = uca

* Tại 1: uT3 <0 tức là T3 bị đặt điện áp ngược còn van T3 vẫn chưa dẫn dòng

Nh vậy trong giai đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T1 dẫn dòng ta có:



2



 4

 3

 2

 1

 3

 2

 1

i

iT3=ic0



 4

 3

 2

 1

d

2



iA0



 4

 3

2I

d / (3kba)

 1

e

Id/ (3kba)

iB0



 4

 3

 2

 1

iC0



 4

 3



2

 1

 3

 2

 1

u c

u b

udu

a



 4

 3

 2

 1

a

* Hình cầu một pha bán điều khiển

R R

BA

*

*

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ thống

Hoạt động của sơ đồ:

Khi t=  cho xung điều khiển mở T1 trong khoảng thời gian 1 tiristor

T1 và điôt D2 cho dòng chảy qua Khi U2 bắt đầu đổi dấu D1 mở ngay, T1 tựnhiên khoá lại, dòng id=Id chuyển từ T1 sang D1 (lúc này D2 vẫn cho dòng chảyqua do sức điện động tự cảm trong Ld tạo ra)

D1 và D2 cùng cho dòng chảy qua, Ud=0

Khi t =2=+ cho xung mở T2 Dòng tải id=Id chảy qua D1 và T2 Điốt

D2 bị khoá lại Khi U2 bắt đầu đổi dấu D2 mở ngay, T2 tự nhiên khoá lại, dòng

id=Id chuyển từ T2 sang D2 (lúc này D1 vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động

tự cảm trong Ld tạo ra)

Khi t =3=2+ cho xung mở T1 quá trình hoạt động của các van tương tự nhưchu kỳ trước đó

Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lưu cầu bán điều khiển

Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng nhau.Góc dẫn dòng của điốt là D=+, còn góc dẫn dòng của tiristor là T=-.Giá trị trung bình của điện áp tải:

I d I 2

1

d T

của dòng trong điốt

I d I 2

1

d T

Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp

Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha là một sơ đồ hoàn chỉnh, chất lượng điện áp ra tốt hơn

sơ đồ hình tia 2 pha, nhưng số van nhiều hơn và mạch điều khiển phức tạp hơn

sơ đồ hình tia 2 pha, do đó ta không sử dụng sơ đồ này cho đề tài

Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha là một sơ đồ chỉnh lưu tốt Cho phép sử dụng ở

hệ thống truyền động công suất lớn, chất lượng điện áp ra tốt, điện áp đặt trênvan nhỏ hơn một nửa so với điện áp đặt trên mỗi van của sơ đồ chỉnh lưu hình

tia 2 pha và 3pha do đó dễ chọn van trong tính toán thiết kế, nhưng nhược điểncủa nó là mạch động lực phức tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lượng vannhiều, giá thành cao, trong khi yêu cầu của phụ tải mà đề tải cho không cần chấtlượng điện áp ra quá tốt.

Để đáp ứng được yêu cầu của phụ tải mà đề tài đã cho và bảo đảm được tínhkinh tế ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hình cầu một pha bán điều khiển là mạch độnglực của hệ thống truyền động điện

III Chọn phương pháp hãm.

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay Vớiđộng cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm ngược vàhãm động năng Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là điều rất quantrọng

Với yêu cầu không cần chhính xác, chỉ cần hãm dừng nhanh để tăng năng suất đảmbảo yêu cầu đặt ra là không đảo chiều quay.Sau đây ta xét các chế độ hãm của động cơ điệnmột chiều kich từ độc lập để chọn ra một chế độ hãm thích hợp:

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:

-Hãm tái sinh

-Hãm ngược

-Hãm động năng

a) Hãm tái sinh

Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải Khihãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới So vớichế độ động cơ, dòng và momen hóm đó đổi chiều và được xác định theo biểuthức:

E U

H



Mh=KIh<0

Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mụmen phụ tải của cơ cấu thì

hệ thống làm việc ổn định với: ođ>o Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm táisinh là:

Hình 2.10.Đặc tính khi hãm tái sinh

Do bộ biến đổi không cho phép dẫn dòng ngược nên hệ truyền động của ta

không thực hiện được hãm tái sinh

b Hãm ngược:

Xảy ra khi phần ứng động cơ dưới tác dụng của động năng tích luỹ trong các bộphận chuyển động hoặc do mụmen thế năng quay ngược chiều với động cơ.Mụmen của động cơ sinh ra khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sảnxuất Ta có thể thực hiện hãm ngược theo 2 cách:

+ Đưa điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng động cơ:

Đặc tính hãm ngược khi đưa điện trở phụ

* Nhận xét: Khi hãm ngược ta vẫn sử dụng điện lưới do đó sẽ không thực hiệnđược khi sự cố mất điện

+ Đảo chiều điện áp

Khi hãm ngược xảy ra đến thời điểm đạt được tốc độ  = 0 thì cần phải có thiết

bị cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn (tại C) nếu không động cơ chuyển sang làmviệc ổn định với chiều quay ngược lại

f

h

f u

u u f

E U R

Đặc tính hãm ngược khi đảo chiều điện áp phần ứng

Đưa Rf vào để hạn chế dòng điện hãm Song trạng thái hãm ngược thườnggây tổn thất rất lớn, giảm đáng kể tuổi thọ động cơ, không khắc phục được sự

A B

cố như mất điện và nếu cắt điện không đúng thời điểm thì không thực hiện được.

Do vậy trạng thái hãm này không phù hợp với yêu cầu đề tài

c Hãm động năng:

Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà nănglượng cơ học các động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đóbiến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt

*) Hãm động năng kích từ độc lập

Ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãmnhưng còn mạch kÝch từ vẫn nối với nguồn như cũ

Tại thời điểm ban đầu,tốc độ động cơ vẫn có giá trị hd nên: Ehd = K hd

Và dòng điện ban đầu: I E

Nó khắc phục nhược điểm trên của hãm động năng tự kích độc lập Thậtvậy hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫncuộn kích thích ra khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm.

Theo sơ đồ nguyên lý ta có: Iư=In+Ikt

R R

u

h h

u kt n

kt n

u ktkt

*) Nhận xét

Trong sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu một pha dùng 2 điốt và 2 Thirystor ta chọncho hệ thống truyền động không làm việc ở chế độ nghịch lưu, không có chuyểnnăng lượng về nguồn do đó không có hãm tái sinh Mặt khác phụ tải đã chokhông đảo chiều, suất điện động E không đổi chiều vì vậy tốc độ động cơ khôngđảo chiều Muốn hãm ngược ta phải có các công tắc tơ để thực hiện đảo chiềuđiện áp, nh vậy sẽ rất phức tạp, giá thành cao, kích thước lại lớn Mặt khác vềmặt năng lượng thì hãm ngược có chỉ tiêu năng lượng xấu nhất, cho nên takhông chọn hãm ngược trong hệ thống truyền động Vì vậy chỉ còn lại có hãmđộng năng với ưu điểm là đơn giản và chỉ tiêu năng lượng hơn ở hãm ngược làhợp lý hơn cả cho hệ thống truyền động

IV Chọn thiết bị bảo vệ Sơ đồ mạch động lực

1- AB: Aptomat dùng để bảo vệ và đóng cắt mạch điện

2- MBA: Máy biến áp chỉnh lưu cung cấp điện áp phù hợp cho bộ chỉnh lưu,cách li về mặt điện giữa nguồn xoay chiều với mạch động lực bộ chỉnh lưu.3- R,C: Các điện trở và điện dung dùng để bảo vệ quá gia tốc điện áp qua cácvan.

4- CK: Cuộn kháng san bằng được mắc nối tiếp với mạch động lực để san bằngdòng điện qua phụ tải

5- RH: Điện trở dùng để hãm động năng, làm giảm thời gian hãm và dòng điệnhãm cho động cơ

C C

D2 D1

T2 T1

PHẦN III Tính chọn thiết bị

Trong việc chọn thiết bị ở các hệ thống truyền động điện có ý nghĩa rấtquan trọng Mục đích của nó là để đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của hệ thốngvới vốn đầu tư tối thiểu

Trong đó việc chọn công suất động cơ có ý nghĩa quan trong Nếu chọncông suất động cơ lớn hơn công suất yêu cầu thì làm tăng vốn đầu tư, động cơlàm việc non tải không tận dụng được hết khả năng phát nhiệt (chịu nhiệt) dẫnđến làm giảm hiệu xuất của hệ thống, hệ số công suất cos thấp làm ảnh hưởngđến chất lượng điện năng Ngoài ra việc chọn các thiết bị khác cũng phải phảnảnh được chế độ làm việc và đảm bảo các tính năng kinh tế và kỹ thuật tận dụngkhả năng làm việc của các thiết bị

I Tính chọn thiết bị mạch động lực

1 Chọn động cơ

Theo đề tài đã cho ta có số liệu động cơ nh sau:

Mã hiệu Pđm (kw) Uđm (V) Iđm (A) n(v/p) Rư() Lư(mH) GD2(Kg.m2)

2 Chọn máy biến áp cung cấp

Trong các thiết bị chỉnh lưu người ta dùng máy biến áp (MBA) để tạo ra