đồ án thiết kế hệ truyền động ăn dao máy mài tròn 3a130

Giới thiệu Phương án truyền động dùng hệ T - Đ Hệ T- Đ động cơ một chiều là hệ truyền động mà bộ biến đổi điện là các mạchchỉnh lưu tirsistor dùng để làm nguồn điều chỉnh điện áp để cấp

1

………… o0o…………

Đồ án Thiết kế hệ truyền động ăn dao máy mài tròn

3A130

III Máy mài 3A 130.10

1 Giới thiết bị điện của máy11

2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ11

3 Liên động và bảo vệ13

4.Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ - động cơ13 CHƯƠNG II - THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG5

I Giới thiệu phương án truyền động dùng hệ T - Đ 5

1 Nguyên lý điều chỉnh tôc độ hệ T - Đ6

2 Đặc tính cơ16

3 Đánh giá chất lượng hệ thống T - Đ18

II Tính chọn mạch động lực18

1 Lựa chọn sơ đồ mạch động lực18

2 Lựa chọn phương án mạch lực và tính chọn các thiết bị cho mạch lực21

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN31

I Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển31

1 Yêu cầu của mạch phát xung điều khiển31

2 Cấu trúc mạch điều khiển theo pha đứng.32

3 Nguyên lý làm việc33

II Thiết kế mạch phát xung điều khiển

1 Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cư¬a33

2.Khâu so sánh35

3 Khâu tạo xung36

III Tính toán các thông số của mạch điều khiển40

1 Tính biến áp xung42

2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng42

3 Tính chọn tầng so sánh43

4 Chọn khâu đồng pha 44

5 Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha45

6 Tính toán thiết kế mạch vòng tự động điều chỉnh45

7 Tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi51

8 Tính hệ số khuếch đại trung gian52

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ

TRUYỀN ĐỘNG3

I xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động53

1 Giới thiệu sơ đồ:53

2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống54

II Nguyên lý làm việc của hệ thống56

I Đặt vấn đề9

II xây dựng Sơ đồ cấu trúc hệ thống 59

3 Bộ khuếch đại tỷ lệ và máy phát tốc62

4 xây dựng sơ đồ cấu trúc.62

CHƯƠNG VII : Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab72

I Giới thiệu phần mền simulink72

II Hàm truyền của các khâu

1 Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ72

2 Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện72

3 Hàm truyền bộ biến đổi 73

4 Đặc tính động73

III Mô phỏng hệ thống73

1 Mô phỏng bộ biến đổi73

2 Mô phỏng động cơ điện74

3 Mô phỏng hoạt động mạch vòng dòng điện75

4 Mô phỏng khâu phản hồi tôc độ của hệ thống.75

Kết luận77

Tài liệu tham khảo78

Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MÀI

I Đặc điểm công nghệ

Hình 1.1: Hình dáng chung của máy mài

Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng Ngoài ra còn cócác máy khác như : máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng v.v…Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên đó kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó

có trục chính với đá mài Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy Sơ đồ biểu diễn công nghệ màiđược giới thiệu ở hình 1.2

Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài (h 2a), máy mài tròn trong (h2b) Trên máy mài tròn chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài; chuyểnđộng ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyểntịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển động quay của chi tiết(ăn dao vòng) Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết v.v…

a) Máy mài tròn ngoài

b) Máy mài tròn trong

c) Máy mài mặt phẳng bằng biên đá

d) Máy mài mặt phẳng bằng mặt đầu (bàn chữ nhật)

e) Máy mài mặt phẳng bằng mặt đầu (bàn tròn)

Hình 1.2: Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài

1 Chi tiết gia công

2 Đá mài

3 Chuyển động chính

4 Chuyển động ăn dao dọc

5 Chuyển động ăn dao ngang

Máy mài phẳng có hai loại: mài bằng biên đá (hình 2c) và mặt đầu (h 2d) Chi tiết

được kẹp trên bàn máy tròn hoặc chữ nhật Ở máy mài bằng biên đá, đá mài quay tròn

và chuyển động tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động

tịnh tiến qua lại Chuyển động quay của đá là chuyển động chính, chuyển động ăn dao

là di chuyển của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động của chi tiết (ăn dao dọc) Ở máymài bằng mặt đầu đá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật, chuyển động quay của đá là chuyển động chính, chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của đá (ăn dao ngang)

hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn mang chi tiết (ăn dao dọc)

Một tham số quan trọng của chế độ mài là tốc độ cắt (m/s):V= 0,5d.ωđ.10-3

với d - đường kính đá mài, [mm]; ωđ - tốc độ quay của đá mài, [rad/s]

Ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì tốc độquay đá khoảng 1000vg/ph Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao Động

cơ truyền động là các động cơ đặc biêt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc

độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph Nguồn củađộng cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc là các

bộ biến tần tĩnh bằng Tiristor

Mô men cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% momen định mức Mômen quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600% momen quán tính củađộng cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá Không yêu cầu đảo chiều quay

áp phần ứng

Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ-ĐMvới D = (20 ÷ 25)/1

Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực

III Máy mài 3A 130

1 Giới thiệu thiết bị điện của máy.

Trên máy có 6 động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc cấp điện áp 220/380V và một động cơ một chiều quay chi tiết mài

∆/Y-+ Động cơ ĐMN quay đá mài tròn ngoài kiểu A051-4 công suất 4,5kW, tốc độ

1440 vòng/phút

+ Động cơ ĐT bơm thủy lực kiểu A042-6, (1,7kW-930 v/p)

+ Động cơ ĐML quay đá mài lỗ kiểu A031-2, (1kW-2680 v/p)

+ Động cơ ĐD bơm dầu bôi trơn ở trục đá kiểu A0012-4, (0,08kW-1400v/p)

+ Động cơ ĐM bơm chất lỏng làm mát kiểu A22, (0,15kW-2800 v/p)

+ Động cơ ĐG để gạt phoi kiểu A0012-4, (0,08kW-1400v/p)

+ Động cơ ĐC quay chi tiết mài; công suất 0,75kW; số vòng quay định mức là

2500 vòng/phút

Mạch điều khiển máy cấp điện áp 127V, mạch chiếu sáng cục bộ 36V

Trong công nghiệp gia công chi tiết kim loại, máy mài dùng để gia công láng sau khigia công trên máy tiện, máy phay, máy bào, vì lượng thừa trên gia công máy mài rất

ít, phạm vi lượng thừa cũng vài phần 10 ly Gia công những chi tiết tôi mà nhiều máykhác không làm nổi Máy mài gia công đạt độ chính xác cao do lực cắt tương đối lớnđặc biệt độ dày của lát mài mỏng vì thế không thể mài một lần mà sử dụng nhiều lầnmài

2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ:( hình 1.3 )

Đóng các aptomat A1, A2, A3 Ấn nút khởi động M1 khởi động từ KT tác động,động cơ ĐT bơm thủy lực và động cơ ĐD bơm dầu bôi trơn làm việc Chọn chế độmài tròn ngoài hoặc mài lỗ do vị trí của hãm cắt HC1 quyết định Khi mài tròn ngoài,tiếp điểm HC1 39- 41 đóng, ấn nút khởi động M2, khởi động từ KMN tác động, động

cơ quay đá mài ngoài ĐMN làm việc Khi mài lỗ, tiếp điểm HC1 39- 45 đóng, ấn nút

M2 khởi động từ KMT tác động, động cơ quay đá mài lỗ ĐML làm việc

Động cơ quay chi tiết ĐC có hai chế độ làm việc:

Làm việc không tự động: Tiếp điểm của công tắc CT 49-51 đóng Khống chế sự làmviệc của động cơ quay chi tiết ĐC bằng nút ấn khởi động MĐ và ngừng làm việc củađộng cơ ĐC bằng nút dừng DĐ

Làm việc tự động: Tiếp điểm của công tắc CT 51-53 đóng Khống chế sự làm việc

của động cơ quay chi tiết bằng hãm cắt HC2 Khi ụ đá mài tiến vào chi tiết, tiếp điểm hãm cắt HC2

35-53 đóng, rơ le trung gian RTG tác động kéo theo khởi động từ KĐC tác động,động cơ quay chi tiết làm việc Cùng lúc đó khởi động từ KH làm việc, động cơ bơmchất lỏng làm mát ĐM và động cơ tách phoi ĐG quay Khi ụ đá lùi về phía sau, tiếpđiểm của hãm cắt HC2 mở ra, rơ le trung gian RTG, khởi động từ KĐC, KH bị cắt điệnlàm cho động cơ ĐC ngừng làm việc

Để dừng nhanh động cơ ĐC, thực hiện quá trình hãm động năng, trong lúc máylàm việc các tiếp điểm thường kín RTG 35-61 và KĐC 61-63 mở ra, khởi động từ Hkhông làm việc Khi ấn nút dừng D để dừng toàn bộ máy hoặc khi ấn nút dừng DĐhay chuyển tay gạt thủy lực đưa ụ đá lùi về phía sau, hãm cắt HC2 35-53 rơ le RTG vàcông tắc tơ KĐC mất điện Khởi động từ H tác động, tiếp điểm H 50-56 đóng lại khépmạc phần ứng động cơ vào điện trở hãm Rh để hãm động năng

Hệ thống khuếch đại động cơ có tác dụng điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ H.Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ Điện

áp phần Ưư trên phần ứng động cơ tỷ lệ với hiệu số điện áp theo công thức :

Un – Uw1 = UưTrong đó: un là điện áp phụ thuộc vào lưới điện

Uw1 là điện áp trên cuộn dây công tác W1 của khuếch đại từ

Muốn thay đổi Ưư phải thay đổi Uw1 tức là thay đổi từ hóa lỗi thép của khuếchđại từ Cuộn dây khống chế w2 làm nhiệm vụ thay đổi mức độ từ hóa lõi thép Trêncuộn day w2 có ba thành phần điện áp tác dụng :

- Điện áp trên phần ứng động cơ H là Ưư

- Điện áp lấy trên chiết áp 1R – P – 2R gọi là Uz lấy từ nguồn chỉnh lưu2B

theo mạch 4 – 14 – 13 – 26 – 1

- Điện áp trên điện trở 5R là điện áp phản hồi dương dòng điện phần ứngđộng

cơ H lấy từ biến dòng TT qua chỉnh lưu 3B gọi là U1

Sức từ động tổng cộng của cuộn dây khống chế W2 là :

FT = K.( Uz – Ưư + U1 )

K là hệ số tỷ lệ

Chiều dây quấn của w2 là chiều sao cho nếu điện áp Uz lớn hơn điện áp Uư thìdòng điện qua cuộn dây w2 sẽ từ hóa lõi thép khuếch đại từ Nếu điện áp Uz + U1 nhỏhơn điện áp Uư thì dòng điện qua cuộn dây w2 sẽ khử tù lõi thép Khi di chuyển đầucon trượt trên điện trở P về phía đầu 14 lõi thép được từ hóa

Điện kháng của cuộn dây công tác w1 giảm làm cho điện áp rơi trên nó giảm.Như vậy điện áp đặt vào động cơ tăng lên và tốc độ động cơ tăng Nếu dịch chuyểncon trượt P về phía đầu 13 quá trình sẽ xảy ra ngược lại

Điện áp phản hồi U1 làm nhiệm vụ ổn định tốc độ động cơ Nếu vì một lý nào

đó dòng điện phụ tải của động cơ H tăng lên điện áp Uư giảm làm cho tốc độ động cơgiảm khi đó dòng điện phía thứ cấp máy biến dòng TT tăng lên làm cho điện áp U1tăng

Theo biểu thức tính toán thì sức từ động của cuộn dây khống chế w2 tăng từhóa lõi thép Điện áp Uư được phục hồi về trị số cũ và giữ tốc độ động cơ không đổi.Thay đổi trị số điện trở 5R sẽ làm thay đổi mức độ phản hồi dòng điện tức là làm thayđổi độ cứng của đặc tính cơ

Khi điều chỉnh điện trở 5R cần chú ý hai điểm :

Khi tốc độ cực đại và cực tiểu của động cơ thay đổi, phải điều chỉnh lại điện trở 2R đểđạt tốc độ cực đại và điều chỉnh 1R để đạt tốc độ cực tiểu.Trong khuếch đại từ còn bốtrí cuộn w3 là cuộn chuyển dịch

Dòng điện của cuộn chuyển dịch lấy từ nguồn chỉnh lưu 2B

3 Liên động và bảo vệ.

Bảo vệ quá tải các động cơ bằng các rơle nhiệt

Bảo vệ ngắn mạch bằng các aptomat và cầu chì

Bảo vệ mất kích từ động cơ H bằng rơle PO Khi động cơ có kích từ hệ thống khuếchđâị từ động cơ mới làm việc

Liên động giữa chế độ mài tròn và mài lỗ bằng hãm cắt KB.

4 Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ - động cơ

a Ưu điểm

+Khả năng khởi động và làm việc tin cậy

+Thực hiện điều khiển một cách tuyến tính

+Sơ đồ thực hiện điều chỉnh bộ khuếch đại từ tương đối đơn giản

b Nhược điểm:

+ Tổn hao riêng tương đối lớn, hiệu suất thấp

+Phạm vi điều chỉnh hẹp

+ Độ chính xác không cao, tính trễ lớn

+ Kết cấu của sơ đồ còn cồng kềnh, chi phí đắt, không phổ biến

Vậy để khắc phục được những nhược điểm trên mà vẫn đảm bảo yêu cầu của công

nghệ của máy ta phải thay thế bởi phương án truyền động mới

Ð2 d?u

Ð3 mài ngoài

Ð4 thoát phoi

Ð5 bom nu?c

Ð6 mài trong

Chương II : THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

I Giới thiệu Phương án truyền động dùng hệ T - Đ

Hệ T- Đ động cơ một chiều là hệ truyền động mà bộ biến đổi điện là các mạchchỉnh lưu tirsistor dùng để làm nguồn điều chỉnh điện áp để cấp cho phần ứng hoặccho cuộn kích từ của động cơ

Điện áp được điều chỉnh bằng cách biến đổi thời gian làm việc của van trongkhoảng thông Trong thực tế ta dùng các loại van có điều khiển hạn chế, nghĩa là cóthể điều chỉnh thời điểm đầu của khoảng thông, nhưng không thể ngắt mạch khi dòngđiện chưa giảm về không Do đó việc điều chỉnh điện áp bộ biến đổi van được thựchiện bằng cách biến đổi thời điểm thông van Việc rút ngắn thời hạn trạng thái thôngcủa van trong những khoảng dẫn được đặc trưng bởi góc thông α

Trị số trung bình của điện áp và dòng điện bộ biến đổi được xác định bởi cácthông số của nó và sơ đồ nối dây Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ khác nhau tuynhiên theo nguyên lý và cách thiết lập, tất cả sơ đồ chia thành hai loại : các sơ đồ cóđầu không ( còn gọi là sơ đồ tia, sơ đồ một nữa chu kỳ ) và các sơ đồ cầu ( còn gọi là

sơ đồ hai nữa chu kỳ ) Trong các sơ đồ có đầu không, điện áp chỉnh lưu là một nữasóng của hẹ điện áp xoay chiều Trong các sơ đồ cầu, điện áp được chỉnh lưu là cả hainữa sóng của hệ điện áp xoay chiều

Đặc điểm của các sơ đồ một nữa chu kỳ là ngoài các thời gian chuyển mạchcác van ứng với γ ( là các 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 vanđang mở Do đó dòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động phađang làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được xác định bởi

độ sụt áp bên trong pha đó

Ở sơ đồ cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch, vẫn có hai van làm việc đồngthời, dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha máy biến áp dưới tácdụng của hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng củasức 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

Hiện nay Tiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiểnbởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh

1 Nguyên lý để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồnxoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi điện áp xoay chiều của nguồn thành điện ápmột chiều trên phụ tải

Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ truyền động T- Đ

Thay đổi điện áp điều khiển Uđk trên đầu vào của khối tạo xung, thời điểm tạo xung

sẽ thay đổi dẫn đến góc mở α thay đổi dẫn đến điện áp ra của chỉnh lưu đặt lê phầnứng động cơ Ud thay đổi dẫn đến thay đổi được thông số đầu ra của động cơ

2 Đặc tính cơ của hệ thống

a Chế độ dòng liên tục :

Phương trình đặc tính cơ

M K K

R R K

Cos U M K

K

R R K

U

e

cl e

do e

cl e

.Φ

α

.Φ

Thay đổi góc điều khiển  = ( 0 ) điện áp của chỉnh lưu và ta được đặc tính họ

song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ (M0) Những đặc tính đó không thuộc nửa

bên trái là do các van không cho dòng điện phản ứng đổi chiều

2 2

1

2 1 2

W

W R R

= 82,310

667 , 0

K

K K

1

2 2

L t t sb

R

X R

X R R

Z K

Với : X L  dm.Lm dm 1.L

5 , 73 0 , 12 ( )

50 2 2

1 34 , 13

αcos

ω0

Và độ cứng đặc tính cơ :  

Rcl R

1

)cotexp(

)(

)sin(

g

g Sin

Cos U K

o o

Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều , bộ biếnđổi điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị của phaxung điều khiển (góc điều khiển) Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện

áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyềnđộng mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp Đối với truyền động ăn dao máymài tròn có công suất nhỏ,nguồn cấp là lưới điện một pha nên ta chỉ xét sơ đồ cầu mộtpha và sơ đồ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ có biến áp trung tính

a Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có biến áp trung tính

Sơ đồ mạch điện :

L

L L

Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu hai nửa chu kỳ với biến áp trung tính

Theo sơ đồ hình 2.3, biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giốnghệt nhau, có thể coi đây là sơ đồ chỉnh lưu một nữa chu kỳ hoạt động dịch pha nhau

1800

Ở mỗi chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua Cho nên cả hai nữa chu

kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn điện áp tải đập mạch tronghai nữa chu kỳ, có tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều Hình dạngcác đường cong điện áp và dòng điện tải, dòng điện các van bán dẫn I1, I2 và điện áptrên van T1 khi tải điện cảm

Hình 2.4: Giản đồ dòng điện và điện áp

Ưu điểm, nhược điểm của sơ đồ : so với chỉnh lưu nữa chu kỳ chỉnh này có chất

lượng điện áp tốt hơn Dòng điện qua van không lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ.Đối với chỉnh lưu có điều khiển thì sơ đồ này việc điều khiển các van tương đối đơngiản Tuy vậy việc chế tạo máy biến áp với hai cuộn dây thứ cấp giống nhau mà mỗicuộn chỉ làm việc một nữa chu kỳ, làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạp hơn.Mặt khác điện áp ngược của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất, làm cho vệcchon van bán dẫn khó chon hơn

b Sơ đồ cầu một pha.

Hình 2.5 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng

Hoạt động của sơ đồ : Trong nữa chu kỳ UAB> 0, điện áp anot của Tiristor T1dương (catot T2 âm), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T1, T2 đồng thời, thì cácvan này sẽ được dẫn để đặt điện áp lưới lên tải Điện áp tải một chiều còn trùng với

điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristor còn dẫn (khoảng dẫn của Tiristor tùy thuộcvào tính chất của tải) Đến nữa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu (UAB<0), anot của Tiristor

T3 dương, catot T4 âm, nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời thì cácvan này sẽ được dẫn để đặt điện áp lưới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiềutrùng với nữa chu kỳ trước

Mạch chỉnh lưu cầu một pha có thể không dùng máy biến áp, giá trị điện áptrung bình một chiều ra tải, nếu tăng giá trị góc điều khiển  thì điện áp trung bình sẽgiảm, ngược lại nếu giảm góc điều khiển  thì điện áp trung bình sẽ tăng, giá trị điện

áp trung bình ra tải là U ứng với 0   0 dòng điện trung bình qua tải

L

Z  

Với sơ đồ này ta nhận được điện áp, dòng trên tải và van ở dạng sau:

Hình 2.6 : Giản đồ dòng điện và điện áp

Ưu, nhược điểm của sơ đồ : Nhìn chung chỉnh lưu cầu có điều khiển một pha có

điện áp chỉnh lưu tương dương như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.Chất lượng điện một chiều như nhau, dòng điện làm việc các van bằng nhau nên việcứng dụng tương đương nhau Mặc dù vậy chỉnh lưu cầu một pha có ưu điểm hơn ởchỗ : điện áp ngược trên van bé hơn, máy biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn

2 Lựa chọn phương án mạch lực và tính chọn các thiết bị cho mạch lực

Đối với máy mài 3A130 động cơ một chiều quay chi tiết không yêu cầu đảo

chiều quay và có các cấp tốc độ khác nhau với công suất nhỏ 0,75 kw, so sánh ưu

nhược điểm của các bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ với biến áp trung tính và sơ đồ chỉnhlưu cầu một pha nên ta chọn sơ đồ nối dây của bộ biến đổi là sơ đồ chỉnh lưu cầu có điều khiển một pha

Diốt D0 có tác dụng : giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải; tănghiệu suất của bộ chỉnh lưu; không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc.

01 , 4

220 ).

81 , 0 1 (

5 , 0 I

).

1 (

5 , 0

max

I2  1 , 11 I dmax  4 , 45 A

 A K

I I

ba

94 , 4 244 220

45 , 4

U W

44,4

.44,4

1 1

Trong đó :

f m

S K

Q T Q

 , tiết diện trụ của lõi thép biến áp;K - hệ số phụ thuộc phương thức Q

làm mát, chọn KQ = 6 (máy biến áp khô)

1085 6

m

S K

236 10

5 , 1 28 50 44 , 4

220

44 , 4

4 1

B Q f

U W

T

(vòng)Mặt khác:

2

1 2

1

W

W U

U

220

236 244

'

1

1 2

U

W U

5 , 2 220

1085

2

J U

Chọn chiều dày cách điện cd 1mm

Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp trên mỗi lớp :

41 2 685 , 1

3 2

W SL

B s  S. 1cd  6 1 , 685  10 , 11

Tính số vòng dây của cuộn thứ cấp trên mỗi lớp :

42 2 645 , 1

72 2

1 /       

T

d

l lop

Số lớp cần quấn ở cuộn dây thứ cấp :

7 42

262 1

W SL

B T  T. 2cd  7 1 , 645  11 , 52

Tổng bề dày các cuộn dây :

B = Bs + BT +…+ cdt + cdn + cd12Trong đó : cdt, cdn – bề dày ccsh điện trong cùng và ngoài cùng

cd12 – khoảng cách cách điện giữa các cuộn dây

Điện áp ngược lớn nhất đặt lên Tiristor : U n k nv  2U2  244 2  345 v

Điện áp ngược Tiristor cần chọn : Unv = kdtUUn = 1,6 345 = 552 (v)

Dòng điện qua Tiristor : I T k hd I d 4 , 01 2 , 84 A

Ta chọn hệ số dự trữ điện áp và dòng điện kdtU = 1,6 ; ki = 1,2

Từ các thông số Unv, IđmT ta chọn loại Tiristor TLS106-6 với các thông số :

Ký hiệu

Tiristor

Un(v)

Iđm(A)

Ipik(A)

Ig(µA)

Ug(v)

Ih(A)

Ir(A)

∆U(v)

dU/dtv/s

tcm(µs)

Tmax(°C)

Trong đó :

Un – Điện áp ngược cực đại; Ir – Dòng điện rò

Iđm – Dòng điện làm việc cực đại; ∆U- Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn

Ipik – Dòng điện đỉnh cực đại; dU/dt – Đạo hàm điện áp.

Ig - Dòng điện xung điều khiển; tcm - Thời gian chuyển mạch

Ug – Điện áp xung điều khiển; Tmax – Nhiệt độ làm việc cực đại

Ih - Dòng điện tự giữ

c Tính chọn các thiết bị bảo vệ

Các tiristor là các linh kiện bán dẫn công suất lớn nên cần được bảo vệ tốt khi chúng

làm việc trong mạch điện, chống các sự cố bất ngờ Đối với các hệ thống dùng tiristor

có 2 loại bảo vệ:

- Bảo vệ các tiristor khỏi bị hỏng Đó là các bảo vệ khỏi quá tải, ngắn mạch khỏi quá

áp và độ tăng trưởng dòng quá mức

- Bảo vệ hệ tiristor không bị ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài cũng như không gây

nhiễu cho các hệ thống khác Đó là các bảo vệ khỏi độ tăng trưởng điện áp

dt

du

quámức và chống nhiễu cho radio

d Bảo vệ quá điện áp :

Do quá trình đóng cắt các Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song vớiTiristor Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng rangoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóngcủa dòng điện ngược, gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làmcho quá điện áp giữa anot và catot của Tiristor

Mạch R – C thường được dùng để bảo vệ quá điện áp nhờ quá trình nạp tụ C Mạch R– C mắc song song với tiristor để chống quá áp khi dịch chuyển.(Theo tài liệu trang bịđiện điện tử công ngiệp trang 189 Vũ Quang Hồi)

Hình 2.9 Sơ đồ bảo vệ quá điện áp

Hình 2.10 : Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới

Tính chọn Diot đệm : (Thoả mãn điều kiện)

 V U

U U

Ud0.cosmin và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = nđm

Khi góc mở lớn nhất  = max thì điện áp trên tải là nhỏ nhất : Ud min = Ud0.cosmax và ương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin

u dm u

R I

U

R I

U n

n D

.

.min

max min

max

d  U d  D I u dm R u

D

Umin 1. max .1 ..

2 2

1

2 1 2

W

W R R

K

K K

1

2 2

L t t sb

R

X R

X R R

Z K

Với : X L  dm.Lm dm 1.L

5 , 73 0 , 12 ( )

50 2 2

1 34 , 13

Chương III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN

I Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển

Điều khiển tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điềukhiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính Nội dung của phương pháp này

có thể mô tả theo sơ đồ hình 3.1 như sau

Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của tiristor, để có thể điềukhiển được góc mở α của tiristor trong vùng điện áp + anod, ta cần tạo mộtđiện áp tựa tam giác, ta thường gọi điện áp tựa là điện áp răng cưa URC Nhưvậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod

Dùng điện áp một chiều UĐK so sánh với điện áp tựa Tại thời điểm ( t1,t4 ) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển bằng nhau ( URC = UĐK ), trong vùngđiện áp dương anod thì phát xung điều khiển Xđk Tiristor được mở từ thời điểm

có xung điều khiển ( t1, t4 ) cho tới cuối bán chu kỳ ( hoặc cho tới khi dòngđiện bằng 0 )

Hình 3.1 : Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu

1 Yêu cầu của mạch phát xung điều khiển.

Tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van độnglực của bộ chỉnh lưu

Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên Anốt và

có xung áp dương đặt vào cực điều khiển không còn tác dụng

Chức năng của mạch điều khiển :

- Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương củađiện áp đặt trên anot – catot của tiristor

- Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor, xung điều khiển thường cóbiên độ từ 2 – 10 V, độ rộng xung tx = 20 – 100 (s)

Biểu thức độ rộng xung:

dt di

I

t dt

x 

Trong đó: Iđt là dòng duy trì của tiristor

di/dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải

Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc 

2 Cấu trúc mạch điều khiển theo pha đứng.

Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển

Khối 1: là khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa, khối này có nhiệm

vụ lấy tín hiệu đồng bộ và phát ra điện áp hình răng cưa

Khối 2: là khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp Urc và

Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạch phát xung

Khối 3 : là khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiển đưa tới cáccực điều khiển tiristor

U : là điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu

Urc : Điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu ra khốiĐBH&PXRC

Uđk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoàivào dùng để điều khiển giá trị góc 

UđkT : Điện áp điều khiển tiristor là chuỗi xung điều khiển lấy từ đầu ra

hệ thống điều khiển (cũng là đầu ra của khâu truyền xung) và được truyền đếnđiện cực điều khiển G và K của tiristor

3 Nguyên lý làm việc.

Điện áp cấp cho mạch động lực BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá

và phát xung răng cưa của khối 1 Đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áphình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng

bộ Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áprăng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp Điện áp răng cưa và điện áp điềukhiển ( thay đổi được trị số ) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúngngược nhau Tại thời điểm trị số hai điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch

so sánh thay đổi trạng thái, xuất hiện xung điện áp Nhu vậy xung điện áp cótần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa, bằng tần số nguồn cung cấp.Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung racủa mạch so sánh, xung này được đưa đến cực điều khiển Tristor để mở van

Do xung đầu ra của mạch so sánh không đủ độ rộng và biên độ mở van, vì vậyphải sử dụng thêm mạch khuyếch đại và truyền xung Nhờ đó mà các xung racủa mạch này đủ điều khiển mở chắc chắn các Tristor

II Thiết kế mạch phát xung điều khiển

1 Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa.

Nhiệm vụ: Tạo ra 1 hệ thống các xung có dạng răng cưa tuyến tính xuấthiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồchỉnh lưu

Khâu đồng bộ hoá:

Để tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh

l-ưu Ta có thể sử dụng các mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điệntrở và điện dung, điện cảm Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là

không cách ly được điện áp cao giữa mạch điều khiển và mạch động lực, dovậy ít được sử dụng.

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng biến áp đồng bộ trong đócuộn sơ cấp được nối vào lưới còn thứ cấp là điện áp đồng bộ

Khâu phát xung răng cưa :

Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳbằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển đ-ược thời điểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ, ta phải sử dụng các mạch phátxung phát ra điện áp dạng răng cưa Đó là mạch đồng bộ hoá và phát xung răngcưa

Có rất nhiều loại mạch điện để tạo ra xung răng cưa nhưng trong trường hợpnày chọn khâu đồng bộ hoá sau :

Hình 3.3 : Khâu đồng bộ hóa phát xung răng cưa

Nguyên lý làm việc của khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa :

Điện áp vào đầu sơ cấp máy biến áp có dạng hình sin trùng pha với điện ápanot của tiristor qua khếch đại thuật toán A1 tạo xung chữ nhật đối xứng Ub,phần dương của điện áp chữ nhật qua Đz tới A2 tích phân thành điện áp tựaUrc Còn phần âm của xung điện áp làm tranzitor mở nên A2 bị ngắn mạch,điện áp Urc = 0, trong vùng điện áp Ub âm trên đầu ra của A2 chúng ta cóchuỗi điện áp Urc gián đoạn

2.Khâu so sánh.

Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp Urc và điện áp Udk, tìm

thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Urc = Udk ) Tại thời điểm hai điện áp

này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại

Việc so sánh ta chọn dùng khuếch đại thuật toán vì KĐTT có hệ số khuếch đại

vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu nhỏ ở đầu vào, đầu ra có tín hiệu điện ápnguồn nuôi, nên chọn KĐTT là hợp lý

R5

R4

A3

Udk Urc

- Điện trở R1, R2

+ Nguyên lý làm việc :

Các điện áp răng cưa URC và điện áp điều khiển Uđk được đưa vào mạch sosánh với cực tính khác nhau

Cụ thể trên sơ đồ ta có URC > 0 còn Uđk < 0 , IC thuật toán làm nhiệm vụ sosánh và tại thời điểm U RC U dk

thì đầu ra khối so sánh Ura sẻ thay đổi trạngthái cụ thể :

Khi U RC U dk

: Ura < 0   < 900

U RC U dk

: Ura > 0   > 900

U RC U dk : Ura đổi chiều

Như vậy điện áp của khâu so sánh là dạng xung có 2 mức bão hào dương vàbão hoà âm các xung điện áp này được đưa tới đầu vào khâu tạo xung

Quá trình này được mô tả trên giản đồ điện áp của mạch điều khiển

Hình 3.5 :Giản đồ điện áp

3 Khâu tạo xung.

Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tiristo Xung mởtiristo có yêu cầu : sườn dốc thẳng đứng, để đản bảo yêu cầu tiristo mở tức thờikhi có xung điều khiển thì độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của tirsito, đủcông suất, cách ly mạch lực và mạch điều khiển

Trong thực tế xung điều khiển chỉ có độ rộng xung bé, mà thời gian mởthông tranzitor công suất dài, làm cho công suất cách tản nhiệt dư tranzito lớn,kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung lớn Để giăm nhỏ công suất tỏa

0

ωt

nhiệt tranzitor, kích thước dây quấn sơ cấp BAX ta có thể dùng thêm tụ nốitầng Theo sơ đồ này, Tr chỉ

mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dònghiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần

Đối với chỉnh lưu cầu một pha việc điều kiển đồng thời hai van T1, T3

và T2, T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách, một trong những cách đơn giản là

sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp

Sơ đồ của khâu tạo xung :

K4

Urss

Hình 3.6 : khâu khuếch đại và truyền xung

Đối với một số mạch, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng sốlượng xung kích mở, nhằm đản bảo tiristo mở một cách chắc chắn

Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứngcủa xung ở các kênh khác nhau mà người ta thiết kế cho khâu so sánh làmviệc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh chưa đáp ứng

đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển Tiristor.Để có xung có đủ cácthông số yêu cầu cần thiết ta phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi lại độ dàixung, trong một số trường hợp cần phải phân chia các xung, và cuối cùng làtruyền xung ra của mạch phát xung đến cực điều khiển và katôt của Tiristor Vìvậy mà ta phải sử dụng một số mạch điện để thực hiện các công việc đãnêu,các mạch này thường bao gồm:

Mạch khuyếch đại xung

Mạch sữa xung

Mạch phân chia xung