CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG - PHẦN IV pps

PHẦN IV TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐẶT VẤN ĐỀ: Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cấu trúc của sư đồ chỉnh lưu.. Để đá

PHẦN IV TÍNH CHỌN THIẾT BỊ

ĐẶT VẤN ĐỀ:

Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cấu trúc của sư đồ chỉnh lưu Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đưa

sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế

Hệ thống truyền động điện máy bào giường làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi cầu ba pha đối xứng mắc song song ngược Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cấy chắc chắn Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm được nhiều hỏng hóc Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa

II TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC:

1 Động cơ điện:

Dựa vào công nghệ cắt gọt, mômen cắt gọt lớn nhất, chế độ làm việc của động cơ Động cơ truyền động cho máy bào giường được chọn với các thông số sau

- Công suất định mức của động cơ: Pđm=75 (KW)

- Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 330 (V)

- Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=38,2 (A)

- Tốc độ định mức của động cơ: nđm=795 (v/p)

- Tốc độ lớn nhất của động cơ : nmax=1000 (v/p)

- GD2 =5,75 kg/m3

- Hiệu suất:  = 76,7%

- Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 0,0027 ()

- Điện trở cuộn kháng (nối tiếp): Rb = 0,0101 ( )

- Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 6,534 (mH)

- Số mạch nhánh song song: a = 4

- Điện cảm cuộn dây kích từ: LK =23,66 (H)

- Điện trở cuộn dây kích từ: RK = 25,46 ()

- Điện áp kích từ định mức: Uktđm = 1,66 (KW)

- Dòng điện kích từ địng mức: Iktđm = 7,54 (A)

2 Tính chọn các Tiristor mạch cung cấp điện áp phần ứng:

Tiristor là thiết bị bán dẫn để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện 1 chiều cung cấp cho động cơ 1 chiều kích từ động lập Việc chọn các Tiristor phải dựa vào vào sơ đồ chỉnh lưu Muốn có các van chỉnh lưu làm việc tin cậy và an toàn lâu dài, thì cần phải chọn các van chịu được trong điều kiện làm việc nặng nề nhất, cả khi phụ tải thay đổi vẫn đảm bảo

độ tin cậy, chính xác, cụ thể là khi điện áp chỉnh lưu lớn nhất ứng với góc điều khiển  = min

Điều kiện chọn các Tiristor như sau:

[Ung]  Kung Ungmax [Itb]  Kđt It

Trong đó Kđt : Hệ số dự trữ dòng điên qua van, thường Kđt =1,82 chọn Kđt = 1,9

Kung: Gias trị điện áp ngứng thường Kung =1,2  1,5 chọn Kung = 1,4

van

IT: Giá trị tính toán của dòng điện trung bình qua van đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

Ungmax = 6 U2

IT = I+Itbttv =I/m Trong đó m: số pha nguồn (m=3)

U2: Trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp động lực

Id:Dòng điện chạy qua động cơ do bộ chỉnh lưu cung cấp (là giá trị trung bình của dòng điện tải) Ta có giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu, đối với sơ đồ chỉnh lưu cấu 3 pha được xác định theo biểu thức

do

 . .cos

6 3

2

U

Để tính U2 ta lấy giá trị cực đại của điêệnáp chỉnh lưu

34 , 2

34 , 2

6 3

2 2

2

dm dm

do d

U U U

U U

U



Trong đó gía trị điện áp thứ cấp máy biến áp (U2) câần pải quan tâm đến cá hệ số

- Hệ số xét đến khả năng sụt áp của điện áp lưới, thường lấy Ku=1,01

- Hệ số xét đến khả năng sụt áp trên điện trở MBA vàn trên các van (Kr), thường lấy Kr= 1,05

) ( 150 34

, 2

330 05 , 1 01 , 1 34 , 2

r



Ungmax= 6 U2 = 6 150 =376,42 (V)

Từ đó ta có điều kiện chọn van

Ungmax Kung= 1,4.376,42 =514,39(V)

Tính dòng điện chỉnh lưu theo dòng điện định mức của động cơ

Id = Iđm = 38,2 (A)

Từ đó tính được : 12,73( )

3

2 , 38 3

I I

I d dm

KdT IT = 12,73.1,9 = 24 (A)

Như vậy căn cứ vào các kết quả tính toán được và điều kiện để chọn Tiristor tra sách điện tử công suất lớn.Tiristor do liên xô chế tạo có các

thông số sau

Mã hiệu I (A) Ungmax

(KV)

U (V)

tkh ( )

Iđk (A)

Uđk (V)

di/dt (A/ s)

di/dt (V/ s) T-150 150 0,05 1 0,75 200 0,3 7 10 200

3 Tính chọn cuộn kháng san bằng:

Cuộn kháng san bằng chính là cuộn KH, nó được nối giữa nguồn chỉnh lưu và động cơ Chức năng để san bằng các xung áp chỉnh lưu đến mức độ nào đó do phụ tải yêu cầu Ngoài ra làm suy giảm mạch dòng điện

có tần số cao Chỉ tiêu của bộ lọc san bằng (Ksb) Vì sóng hoài bậc cao thì

biên độ nhỏ (bậc càng cao thì biên độ càng nhỏ), nên đối với chỉnh lưu người ta chỉ xét đến lọc sóng cơ bản

Hệ số san bằng (Ksb) được xác định theo biểu thức

r

v sb K

K

K 

Trong đó: Kv hệ số xung ở đầu vào Giá trị của Kv phụ thuộc vào số đồi chỉnh lưu

1

2

2 1







x dv

mv v

m U

U K

U1mv: Biên độ sóng cơ bản của điện áp chỉnh lưu, đầu vào bộ lọc

Uđv: Điện áp 1 chiều ở đầu ra của thiết bị chỉnh lưu

mx: Số xung áp của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn xuay chiều

Tra bảng B2-1/86 (ĐTCSL) với chỉnh lưu cầu 3 pha

mx = 6 Ku = 0,057

Như vậy Ku = 5,7% đối với chỉnh lưu cầu 3 pha

Kr: Hệ số xung ở đầu ra bộ lọc Giá trị của Kr do yêu cầu của phụ tải quyết định

d

mr r

U

U

K  (1)

U1mr: Biên độ lớn nhất của xung áp sóng cơ bản ở đầu ra bộ lọc

Ud: Điện áp một chiều trên tải Tra bảng B2-2/87 (ĐTCSL), với tải cảm kháng chỉnh lưu cầu 3 pha (máy biến áp đấu Y/Y) được Kr =2,5

28 , 2 5 , 2

7 , 5







r

v sb K

K K

Giá trị điện cảm của cuộn kháng lọc

dm x

dm sb

x

T kh

I m

U K

m

r L

1

2





) ( 01 , 0 1 28 , 2 2 , 38 50 2 6

H

L KH   



Tính cuộn kháng: chọn lõi thép cuộn kháng hình chữ E chiều rộng trục giữa của lõi thép: a2,64 L KH.I2d 2,6.4 0,01.38,22 5,08(cm) Phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn, ta nên dưa vào các

hệ số phú

m = h/a, n = c/a, k = b/a

Trong đó h: Chiều cao của lõi thép

c: Chiều rộng của lõi thép d: Chiều dày của lõi thép Theo kinh nghiệp đối với lõi thép hình chữ E thì tốt nhất nên chọn các hệ số

có giá trị m = 2,5, n = 0,5, k = 1  1,5 Chọn k =1,3 Vậy được

h= m.a = 2,5 5,08 = 12,7 (cm) c= n.a = 0,5 5,08 =2,54(cm)

` b= n.a =1,3.5,08 = 6,6(cm)

Tiết diện trụ giữa lõi thép

a = b.a = k.a2 =1,3.5,082 =33,55(cm2) = 34(cm2)

l = 2(1+0,5+2,5).5,08 = 41,15(cm)

Hệ số phụ để tính số vòng dây của cuộn kháng

M =

L Q

I

L d

2

15 , 41 34

2 , 38 01 ,

Qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa từ thẩm () và chiều rộng khe hở không khí lõi thép (L % ) vào hệ số phụ (M) tra hình II -56/83.(ĐTCSL) kh

được M = 62,L % =1,9 kh

Chiều dài khe hở không khí:

kh

L =2.0,05.Lkk%.l = 2 0,05 1,9 41,15= 7,82

Số vòng dây quận kháng

34 62 26 , 1

15 , 41 01 , 0 10

26 , 1

v l

K

L H





Chọn mật độ dongfg điện dây dẫn J = 4,5(A/mm)

Đường dây quấn cuộn kháng: 3,3( )

5 , 4

2 , 38 13 , 1

13 ,

J

I





Kiểm tra hệ số lấp đầy cửa sổ theo biểu thức

34 , 0 7 , 12 54 , 2

3 , 3 125 10 8 35

, 0

10 8

2 3

2 3









ld

h c

d w K

Vậy Klđ=0,34 <0,35 ;là hiển nhiên đúng Điều kiện kiểm tra đã thoả mãn

Điện trở cuộn kháng lọc

C b

a d

w

r KH [2.( )

10

25 , 2 4

2.(5,08 6,6) 3,14.2,54 0,01 10

3 , 3

125 25 , 2

4



KH

r

4 Tính chọn R-C bảo vệ tiristor trong mạch độnh lực

Mạch R-C mắc song song vơi Tiristor có tác dụng để bảo vệ quá gia tốc du/dt cho các tiristor khi xảy ra quá độ trong mạch Bảo vệ quá điện áp

do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên

Nếu điện áp thuận đặt vào các cực A-K của tiristor tăng trưởng đột ngột với tốc độ lớn hơn mức điện áp cho phép du/dt, làm cho Tiristor tự động mở mà không cần điều khiển (ig = 0), đây là sự cố không mong muốn,

có 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp:

- Nguyên nhân nội tại (xẩy ra trong quá trình chuyển đổi của các van) Đây là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn

- Nguyên nhân bên ngoài hường xẩy ra rất nhiều như khi đóng cắt không tải 1 máy bién áp trên đường dây, khi có xét đánh

Mạch R-C mắc song song với các tiristor có thể tránh được hiện tượng mà không mong muốn nói trên và bảo vệ quá điện áp do nhiều nguyên nhân gay ra Theo luật đóng mở thì điện áp đột biến tăng sẽ biến thiên liên tục tại thời điểm xây ra quá độ qua tụ C, vì thế mà khi có tốc độ tăng trưởng điện áp lốn vẫn dữ được điện áp trên Anôt của tiritor (so với katot)không bị tăng đột ngột

Tính toán các phần tử R-C

Năng lượng tích luỹ trên quận cảm Wk =

2 1

.(Lư + Lkk).Ixm

Trong đó I là dòng điện gia tốc trong mạch thường lấy theo dong tải, vậy

ta có:

Ixm = Iđm = 38,2 (A)

 Wk =

2

1

.(6,53.10-3 + 0,01).38,22 = 12,039 (T)

Tụ C thường được chọn theo công thức kinh nghiệm

C  2

max

3

10 2

th w

k U K

Trong đó Kw =

c

k w w

Wc là năng lượng phản kháng trên tụ C, thường lấy Kw = 0,4

2

3

10 000446 ,

0 ) 150 6

.(

4

,

0

10 039

,

12

Hiệu quả ngăn chặn sự cố của mạch bảo vệ R-C được đặc trưng bằng tỷ số

K L

R

2





Theo kinh nghiệm  0,63 là tốt nhất

Trong đó L=Lư+LinhT 0,00653+ 0,001= 0,00753(H)

từ đó ta tính được

R=2.3

C

L

10 000446 ,

0

0073 0

 =166.3()

Lấy R=170()

5.Tính chọn máy biến áp động lực

Máy biến áp động lực là thiết bị biến đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành nguồn điện xoay chiều phù hợp để cung cấp cho các bộ biến đổi

- Công suất MBA : Vì là bộ biến đổi cầu ba pha nên

S=1,05 x Pd=1,05 x Ud x Id=1,05 x 330 x 38,2=13,236(KVA)

- Chọn mạch từ ba trụ tiết diện mỗi trụ được tnhs theo công thức ninh nghiệm sau:

Q = K

f C

S

Trong đó k = 4 5 nếu là máy biến áp dầu

k = 5 6 nếu là MBA nhò

S = công suất biểu diễn của MBA

f = tần số nguồn xoay chiều

ở đây ta thiết kế với MBA nhò và chọn K=6 ta có

Q = 6

50 3

10 256

=56.40(cm2) Chọn mạch từ có kích thước như hình IV- 1 với mạch từ đó thiết diện của mỗi trụ là 8.7,3= 60 cm2

Tiết diẹn có x là: 0,95.60 =57cm2.Trong đó 0,95 là hệ số ép chặt của lõi Chọn tôn xi lích có công suất tổn thất 0,13.10-2 kw/1kg

trọng lượng phần đầu trụ là 3.7,5.8.32.7.10-3= 40,32kg

-Trọng lượng phần gông là:2.7,5.8.7.44.10-3= 36,96 kg

Chọn mật độ tự cảm  =1,1

Ta có số vòng cuộn sơ cấp MBA là

1 , 1 40 , 56 50 44 , 4

3 / 10 380

44 ,

4

3 / 10



m

Q f

U

n

- Điện áp dây thứ cấp là:U2=150 3 =260(v)

- Tỉ số MBA là : Kba = 1,462

260

380

2

U U

- số vòng dây thứ cấp là : 109,474( )

462 , 1

160

1

k

n n

ba





- Chọn mật độ dòng điện J= 3(A/mm2)

- Dòng điện cuộn sơ cấp là :

) ( 44 , 17 462

, 1 2 , 38 3

2

3

I  d BA    (Do máy biến áp đấu Y/Y0) lên tại một thời điểm bao giờ cũng có 1 pha có dòng 1

3

BA

d K

I còn hai pha kia có dòng 1

3

BA

d K

I )

Đường kính của dây tưứ cấp là

) ( 028 , 4 14 , 3 3

2 , 38 4

J

I

Vì đường kính quá lớn, không có dòng tiêu nên ta chon dây có tiết diện chữ nhât S1 =12,7 mm2

 Kích thức dòng cuộn thứ cấp chọn lại 3,2.4 =12,8 mm2

Đường kính dây cuốn sơ cấp là

) ( 721 , 2 14 , 3 3

44 , 17 4

J

I



Ta chọn dây ê may tiêu chuẩn có lớp cách điện S =0,11 (mm) Như vậy dây có đường kính d1= 2,83 (mm)

Điện trở dây quấn







2 , 38 330

1 , 1 50 3 1 , 1 50 2 , 38

330

5 , 2

d d m

m d

d r

Ba

I U

f C S

I

U K



Tong đó Kr:Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc điểm của tải, Tra bảng II-2 ĐTTCSL ta có Kr =2,5 với máy biến áp đấu Y/Y tải cảm kháng, sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha

Số trụ của máy biến áp: C = 3 (vòng) Điện kháng tản của máy biến áp

H I

U

f C f

I

U C

K

L

d d

m m

d

d i

BA

3

4 3

4

10

14 , 0 2 , 38 330

1 , 1 50 3

1

1 , 1 50 2 , 38

330

10 1 , 0

1







Trong đó Kn = 0,1.10-3 là hệ só phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc tính phụ thuộc tải tra bảng 22 Điện Tử Công Suất Lớn

Điện áp tải trên điện trở máy biến áp

Uv = Id.rBA = 38,2.0,133 = 5,1V

Điện áp lõi trên điện kháng tải của máy biến áp

Ux = 2.f.NBA.Id = 2.3,14.50.0,14.10-3.38,2 = 1,67V Vậy điện áp chỉnh lưu khi đầy tải là Ud = Ud0 - U

Trong đó U = Ur + Ux + 2Uv + Uck

= 5,1 + 1,67 + 1,5 + 38,2.0,133 = 13,35 V

Giả sử chỉnh lưu với góc điều khiển  = 0

Tổn thất trong lõi sắt, tính cả 15% tổn thất phụ là:

P = 10.1,15.0,133.(41,04+ 37,62).1,12 = 145,58 W

Hiệu suất của hệ thống

 = 95,1%

2 , 38 35 , 13 58 , 145 2

, 38 330

2 , 38 330













d

d

d d

I U P I

U

I U

6 Chọn van chỉnh lưu ở mạch kích từ

Điều chọn diôt cũng tương tụ như chọn tiristor

Ugv = 1,6.Ungmax; Itbv = 1,4.Itb; Itb = I d

2





Để tiện lợi lấy Itbmax = Id Vậy Itbv  1,4.7,54.10,55  111,429 A

Vì chỉnh lưu cầu ba pha ta có Ungmax = 2U2.Điện áp đưa vào chỉnh lưu là 380 V, Điện áp trung bình sau cầu chỉnh lưu là 220 V nên góc điều khiển min ta có

Ungmax = 1,4.380 = 537,401 V

Ungv = 1,6.537,401 = 839,842 V

Vậy chọn diôt có các thông số sau:

Mã hiệu I(A) Ungmax(V) U(V) In(mA) Tốc độ không khí làm mát(m/s)

7 Chọn máy phát tốc:

Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ Dùng để lấy phản hồi âm tốc độ đây cả quan hệ số 

Chọn máy phát tốc với các thông số sau

Mã hiệu nH(v/p) UH(V) IH(A) RH()_

T  - 4 1500 V 0,01 100

Từ đó

00333 ,

0 1500

100 01 , 0 4













H

H H H

H

T

n

R I U n

E

8 Tính điện trở bão hào

Khi muốn dừng hệ thống, ta cắt động cơ ra khỏi nguồn điện, lúc này

có thể hãm động cơ bằng phương pháp hãm động năng dựa vào mạch điện trở RH (gọi là điện trở hãm) toàn bộ năng lượng mạch phần ứng sẽ được

khép mạch qua RH và tiêu tán trên RH Tuỳ theo giá trị của RH mà thời gian hãm nhanh hay chậm, khi đó quận kích từ vẫn được cấp điện Tại thời điểm ban đầu hãm thì tốc độ của động cơ vẫn đang ở tốc độ  và ta có Ehd = K..hd = Ed = - Uđm

Dòng điện hãm ban đầu là:

Ihd =

H H

u

dm

R R

R

U





 0,0227

330

Nếu RH càng nhỏ thì đặc tính càng cứng mô men hãm càng lớn nếu thời gian hãm càng nhah, tuy nhiên qua nghiên cứu thực tế thì cần phải hạn chế sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn hco phép:

Ihđ  (2  2,5)Iđm chọn Ihđ = 2,3Iđm

 3,37 0227

, 0

330

H H

R

R Và chọn RH = 4 

9.Tính chọn áptômát

Áptômát (AB) được sử dụng để bảo vệ sự cố nhắn mạch hoặc quá tải

có thể sẩy ra trên các đường dây cung cấp điện chọn các bộ biến đổi và các đầu vào của máy biến áp Ngoài ra áptômát còn được sử dụng như một thiết

bị đóng cắt nguồn hco hệ thống:

Điều kiện chọn UđmA  Uđm mạng

IđmA  Ilvmax

Imax  Ixk

Từ kết quả tính ở trên ta chọn được áptômát có các thông số kỹ thuật sau:

Kiểu Dòng định

mức Iđm(A)

Điện áp

Uđm(V)

Dòng điện tác động tức thời (A)

Dòng định mức củamốc bảo vệ

Sự

cố

10 Tính toán mạch phần ứng

Điện trở mạch phần ứng:

R =  (Rư + Rkh..Rtx)

: Là hệ số trong điều kiện làm việc 250C và 750C