hệ truyền động máy mài tròn 3 Pha Sử dụng IGBT

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Từ các phương án truyền động đã giới thiệu trên ta thấy mỗi phương án đều có ưu điểm và nhược điểm riêng . Ngày nay động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến bởi vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha, nhưng về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Chính vì vậy, trong hệ truyền động dùng cho máy mài này em sẽ sử dụng động cơ một chiều làm động cơ truyền động . Mặt khác do trong bản thiết kế này, yêu cầu về công suất truyền động không cao nên em sử dụng phương pháp băm xung sử dụng Tranzitor. Sở dĩ em lựa chọn phương án này bởi vì nó có thể bù dắp được những nhược điểm của hệ(TĐ), phương pháp băm xung điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nên không gây tổn thất phụ do đó hiệu suất của phương pháp này là rất cao, mặt khác phương pháp này sử dụng tranzitor nên rất kinh tế vì việc điều khiển đóng mở tranzitor đơn giản hơn nhiều so với Thyristor, do đó mạch điều khiển cũng sẽ đơn giản hơn Như vậy ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động Động cơ Không đồng bộ rô to lồng sóc sử dụng biến tần.

Lời mở đầu

Sự bùng nổ của tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện-điện tử-tin học trong những năm

gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn trong lĩnh vựctruyền động điện tự động Đó là sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổicông suất,với kích thớc gọn nhẹ,độ tác động nhanh,dễ dàng ghép nối với các mạch điềukhiển dùng vi mạch điện tử,vi xử lý,…Các hệ truyền động điện tự động ngày nay thờng sửdụng nguyên tắc điều khiển vectơ cho các động cơ xoay chiều.Phần lớn các mạch điềukhiển đó dùng kỹ thuật số với phần mềm linh hoạt,dễ dàng thay đổi cấu trúc,tham số cũng

nh luật điều khiển.Điều này làm cho các hệ truyền động điện tăng độ chính xác,làm choviệc chuẩn hoá chế tạo các hệ truyền động điện hiện đại có nhiều đặc tính làm việc khácnhau,dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu của công nghệ sản suất

Do vậy,đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ giúp chúng ta nắm chắc hơn những kiến thức cơ bản,những hệ thống truyền động điện kinh điển đồng thời nó cũng nhằm mục đích cho chúng ta từng bớc tiếp cận với thực tế,tiếp cận với những hệ truyền động điện hiện

đại.

Nội dung của đồ án đợc chia làm 4 phần:

Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ máy mài và hệ thống truyền động cho độngcơ quay chi tiết máy mài tròn

Chơng II : Chọn phơng án truyền động Tính chọn công suất động cơ và mạch lực Chơng III : Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ truyền động

Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển

Chơng V : Mô phỏng(Simulink)

Để có thể hoàn thành đợc đồ án này, bên cạnh sự cố gắng của cá nhân em cũng nhcủa các bạn trong nhóm còn nhờ có sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo h-ớng dẫn Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu ngắn và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ

án của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong các thầy hớng dẫn và bổ sungthêm để đồ án này đợc hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cám ơn !

Mục lục

CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY MÀI TRÒN

1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ

Các thông số kỹ thuật hệ thống :

2 Tốc độ quay chi tiết (n): 480 ÷ 4800 (Vòng/phút)

5 Mômen quán tính cơ cấu (J): 0,008 (kgm2)

1.1 Giới thiệu chung

Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng Ngoài ra, còn có cácloại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trụcchính với đá mài Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài tròn được biểu diễn trên hình 1.2

Hình 1.2 Sơ đồ gia công chi tiết máy màiCác dạng chuyển động trong máy mài tròn gồm có:

- Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài

- Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá ăn dao theo hường dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc theo hướng ngang trục (ăn dao ngang), hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng)

- Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết

2 YÊU CẦU TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MÁY MÀI TRÒN

2.1 Truyền động chính

Thông thường truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sửdụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắtkhông đổi khi mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyềnđộng động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=2 ÷ 4/1 với công suất không đổi

Ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thìtốc độ quay của đá khoảng 1000 vòng/phút ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đárất cao Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ 24000 ÷ 48000 vòng/phúthoặc có thể lên tới 150000 ÷ 200000 vòng/phút, đá mài gắn trên trục động cơ Nguồncủa động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao - biến tần quay hoặc làcác bộ biến tần tĩnh - biến tần thyristor

Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% mômen định mức Mômenquá tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn 500 ÷ 600% mômen quán tính của động cơ,

do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá và không yêu cầu đảo chiều quay động cơquay đá.

2.2 Truyền động ăn dao

Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấptốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 ÷ 4)/1 Ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộbiến đổi - động cơ điện một chiều (BBĐ - ĐM), hệ KĐT - ĐM có D = 10/1 với phươngpháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng

Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM vớidải điều chỉnh tốc độ D = (20 ÷ 25)/1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực

2.3 Truyền động phụ

Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

3 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA MÁY MÀI

Đặc tính của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng phương trình:

q dm o

dm o

=

trong đó:

Mco - Mômen ứng với tốc độ ω=0Mdm - Mômen ứng với tốc độ định mức ωdm

và P = const) và q=0 (ứng với truyền động ăn dao Mc = Mđm = const)

Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ được cố định theo một quy luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên

Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P =const) khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngược với tốc độ = ω

1

Mc

Như vậy, ở tốc độthấp, mômen có thể lớn nên kích thước các bộ phận cơ khí phải chọn lớn lên, điều đókhông có lợi Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ thấp chỉ dùng cho cácchế độ làm việc nhẹ (Fz và Pz nhỏ) Vì vậy, ở vùng tốc độ thấp, người ta giữ mômenkhông đổi còn công suất thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ

Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ

Tuy nhiên, ở vùng tốc độ thấp, lượng ăn dao s nhỏ, lực cắt Fz bị hạn chế bởi chiều sâu

cắt tới hạn t Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng

giảm theo Ở vùng tốc độ cao, tương ứng với tốc độ vz của truyền động chính cũng phảilớn, nếu giữ Fad lớn như cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn Do đó, cho phép giảmnhỏ lực ăn dao trong vùng này, mômen truyền động ăn dao cũng giảm theo

Hình 1.4 Quan hệ M(ω) và P(ω) của động cơ một chiều kích từ độc lập

Đặc tính điều chỉnh của truyền động điện là quan hệ giữa công suất hoặc mômencủa động cơ với tốc độ Với động cơ một chiều kích từ độc lập, khi điều chỉnh điện ápphần ứng và giữ từ thông máy không đổi ta sẽ có:

Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng một hệ thống truyền động điện là

độ ổn định tốc độ ∆ω% Đường đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao.Nói chung, truyền động ăn dao yêu cầu ∆ω% ≤ (5 ÷ 10)% còn truyền động chính yêu cầu

Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyềnđộng một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải,

sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của máy mài tròn

và nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phảiđiều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi

Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từthông động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau:

- Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ)

- Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ)

- Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ)

- Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phương pháp điều chỉnhtần số (Hệ Biến tần - Động cơ)

2.1 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (F-Đ)

a Cấu trúc hệ F-Đ

Hệ thống máy phát - động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máyphát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát điện này thường do động cơ sơ cấp khôngđồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành Ngoài ra, do các máy phátmột chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ Với những hệtruyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc

độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác như các máy điệnkhuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng

2.2 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

Tốc độ động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằngphẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộchỉnh lưu là điều khiển được Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân,thyristor Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristorđược sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những tính chất ưuviệt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biếnđổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển α).Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động

cơ Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thíchhợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ) Các bộ chỉnh lưu thyristor dùng trong truyền độngđiện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ)

a Cấu trúc hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập,điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổiđiện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùngthyristor

Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor Dòngđiện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ Chế độ làm việc của chỉnh lưuphụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải Trong truyền động điện,tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E)

cosE

2 dm dm

do

Φ

−Φ

Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển α:

dm

do

cosE

lý tưởng của đặc tính là lớn hơn

Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường hợp này như trên hình 2-3 khi điều chỉnh ởvùng dưới tốc độ định mức Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì

có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor Góc điều khiển α càng lớn thì

điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với mộtmômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm.

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ dốclớn (phần nằm trong vùng gạch chéo) Đó là vùng dòng điện gián đoạn Góc điều khiểncàng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnhtốc độ gặp nhiều khó khăn hơn

Hình 2.3 Đặc tính cơ hệ T-Đ

ω

M 0

Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện giánđoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn Biên giới giữavùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường ellipse với các trục là các trục toạ độcủa đặc tính cơ:

cospsinU

IL(

)psin

pU

E

m 2

e 2

m

2

=π

−π

ω+

ππ

Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giátrị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p Song khi tăng số xung p thì mạch lực chỉnh lưucũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn Còn khi tăng trị số L sẽdẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lượng, kíchthước của hệ thống Biên giới này được mô tả bởi đường cong nét đứt trên hình 2-3

c Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tựđộng hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao Điều đó rất thuận tiệncho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng cácđặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnhtrơn với phạm vi điều chỉnh rộng Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn

Nhược điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện

áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyềnđộng có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều Hệ sốcông suất cosϕ của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu

2.3 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (XA-Đ)

Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ điềuchỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản Bộ điều chỉnhxung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phảiđiều chỉnh được điện áp ra tải

Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải mộtcách chu kỳ theo một số luật khác nhau Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bándẫn Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại thyristor thôngthường nó không được khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nhưkhi làm việc với nguồn xoay chiều Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá

UBE

ttt t

thyristor gọi là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế Vì vậy, hiệnnay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt như transistor bipolar,MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu được Riêng với mạchcông suất lớn vẫn phải dùng thyristor

Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng chocác động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện )

Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặtvào phần ứng động cơ một chiều

Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý băm xung áp 1 chiều

Trong khoảng thời gian 0 -τ cho van mở ,toàn bộ đIện áp nguồn được đưa ra tải.Cònkhoảng còn lại τ - T cho van khoá , cắt nguồn khỏi tải Lúc đó ta có : Ud =τUL/T = γULtrong đó: UL là điện áp một chiều cần băm,Udk là điện áp điều khiển van , γ là hệ số lấp

t t

t t

t T

*> Các phương pháp điều chỉnh điện áp Ud :

Phương pháp độ rộng xung: T=Const ; τ0= var

Phương pháp xung tần : T = var ; τ0 = Const

Phương phỏp xung – thời gian : T= var ; τ0= var

2.4 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ KHễNG ĐỒNG BỘ DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ

Hệ thống điều chỉnh động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng biến tần.

Biến đổi tần số là phép biến đổi điện năng một chiều hoặc xoay chiều có tần số cố

định thành dòng điện xoay chiều có tần số biến đổi nhờ các khoá điện tử

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho phép mở rộng phạm vi

sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúngứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng lúc nhcác động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng lăn,… Phơng pháp điềuchỉnh này còn đợc áp dụng cả trong những thiết bị đơn lẻ, nhất là ở những cơ cấu yêu cầutốc độ làm việc cao nh máy ly tâm, máy mài…

Bộ biến tần đợc nối vào lới có tần số f1,U1 không đổi Đầu ra của nó là f2,U2 biến đổitheo Để biến đổi tần số, ngời ta có thể dùng các thiết bị máy điện hoặc bán dẫn vớinguyên lý hoạt động và cấu trúc khác hẳn nhau

Ưu điểm:

+ Là phơng pháp có rất nhiều triển vọng

+ Khi sử dụng các bộ biến tần thích hợp có thể đạt đợc điều chỉnh trơn

+ Sử dụng cùng với động cơ không đồng bộ nên giảm đợc chi phí máy điện

Nhợc điểm:

+ Bộ biến tần còn tơng đối phức tạp nên giá thành chế tạo cao

+ Nếu sử dụng bộ biến tần gián tiếp hiệu suất sẽ giảm đi so với biến tần trực tiếp.Với các đặc điểm của hệ truyền động một chiều và xoay chiều trên đây, ta thấy rằngcác phơng pháp đều có thể ứng dụng vào truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn

ở đây, ta chọn động cơ không đồng bộ với phơng pháp biến đổi tần số là vì các lý do chủyếu sau đây:

+ Đây là loại máy điện có kết cấu đơn giản.

+ Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đời sống

+ Sử dụng điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, dễ dàng cho việc lắp đặt, vậnhành và sử dụng

+ Biến tần là thiết bị hiện đại, trong tơng lai sẽ đợc sử dụng nhiều hơn khi mà cácthiết bị bán dẫn với u thế ngày càng phát triền

+ Có khả năng lập trình, tiện lợi cho ghép nối máy tính, nền tảng cho phát triển saunày

+ Và cuối cùng là tính kinh tế của sử dụng biến tần

Vấn đề điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK: Động cơ ĐK, được sử dụng rộng rói trongthực tế Ưu điểm nổi bật của nú là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ớt, giỏthành hạ, trọng lượng, kớch thước nhỏ hơn khi dựng cụng suất định mức so với động cơmột chiều Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha… Tuy nhiờn, việc điều chỉnh tốc

độ và khống chế cỏc quỏ trỡnh quỏ độ khú khăn hơn, cỏc động cơ ĐK lồng súc cú cỏc chỉtiờu khởi động xấu, (dũng khởi động lớn, mụmen khởi động nhỏ) Trong thời gian gầnđõy, do phỏt triển cụng nghiệp chế tạo bỏn dẫn cụng suất và kỹ thuật điện tin học, động

cơ ĐK mới được khai thỏc cỏc ưu điểm của chỳng Nú trở thành hệ truyền động cạnhtranh cú hiệu quả so với hệ Tiristor - Động cơ điện một chiều

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

Từ cỏc phương ỏn truyền động đó giới thiệu trờn ta thấy mỗi phương ỏn đều cú ưuđiểm và nhược điểm riờng Ngày nay động cơ khụng đồng bộ được sử dụng rất phổ biếnbởi vỡ nú cú kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trựctiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha, nhưng về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơđiện một chiều cú nhiều ưu việt hơn so với cỏc loại động cơ khỏc: cú khả năng điều chỉnhtốc độ dễ dàng, cấu trỳc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lượngđiều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng Chớnh vỡ vậy, trong hệ truyền động dựngcho mỏy mài này em sẽ sử dụng động cơ một chiều làm động cơ truyền động

Như vậy ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động Động cơ Không đồng bộ

bề rộng xung Van bán dẫn dùng trong bộ nghịch lưu có thể là BJT công suất ,IGBT,

GTO Ở đây ta dùng IGBT

1.Sơ đồ nguyên lý và quá trình chuyển mạch :

H4.1 Sơ đồ nguyên lí của bộ nghịch lưu

Tụ C0 đảm bảo nguồn là nguồn áp và để tiếp nhận năng lượng phản kháng từ tải

Phương pháp điều khiển các van IGBT thông thường nhất là điều khiển cho góc mở của

van là λ=180ovà λ=120o Ở đây ta xét góc dẫn với tải đấu sao như thiết băng cách

xác định điện áp trên tải trong từng khoản thời gian 600 (vì cứ 600 có một trạng tháichuyển mạch) với nguyên tắc van nào dẫn coi như thông mạch Nhìn chung sơ đồ này códạng một pha tải nối với hai pha đấu song song nhau Do vậy điện áp 1 pha trên tải sẽ chỉ

Ha Hb

Hc Hd

θ θ

θ θ θ

θ

H4.3 Dạng sóng nghịch lưu

Ta tính điện áp trên từng pha tải:

* Tương tụ ta tính được cho các pha B,C:

Bảng chuyển trạng thái của Diot:

3.Tính chọn các phần tử và các van bán dẫn trong bộ nghịch lưu:

Theo đề :Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc :

6285,7 W

Ta lại có :

cos3

cos

1

A U

P I

I

U

P

dm dm

dm dm

Chọn hệ số quá áp là kv = 1,6 thì cần chọn IGBT chịu được điện áp ngược là :

Do đó chọn IGBT BUK85 6-800A của hãng Philips có các thông số sau( tra bảng phụ lục

6 sách ĐTCS của Lê Văn Doanh ):

E

1

)2)(

1(13

E

1

)1(23

1

)2)(

1(13

Với :

33.0

E

1

)2)(

1(13

1ln)

2)(

1(

1

1

a a

a Q

a a

36.01(

36.01ln

33

−+

−

=

max 1

1

)2)(

1(13)0(

a

a

a R

U i

=

) ( 2 , 9 36

0 1

) 36 0 2 )(

36 0 1 ( 1

−

Nếu chọn hệ số quá dòng điện của Điot là 1,2 thì ta cần chọn Điot chịu được dòng là :

)(04,112

23

1 1

R

L

U R

L E C

thường lấy ∆ Uc = 0 1 En

F R

tg E

.5,111,0

*314

*314

*3

)12ln2(

*)

12ln2(.1

∆ là biến thiên điện áp nguồn một chiều

Tụ C0 phải chịu được điện áp UC = UZ =446,7 V

Nếu chọn hệ số về áp để tụ hoạt động an toàn là 1,3 thì :UC = 1,3*446,7 = 580,7 V

Vậy cần chọn tụ C có điện dung 11 , 5µF và chịu được điện áp 600V

II.Bộ biến đổi xung áp :

Để điều chỉnh điện áp cấp cho bộ nghịch lưu ta dùng bộ biến đổi xung áp một chiều nốitiếp

1.Khái quát:

Bộ biến đổi xung áp là bộ biến đổi mà điện áp nguồn được đóng cắt vào phụ tảimột cách có chu kỳ do đó điện áp trên tải là những xung áp một chiều hoặc xoay chiềuphụ thuộc vào điện áp nguồn là một chiều hay xoay chiều

Để thực hiện việc đóng cắt nguồn người ta dùng các khóa điện tử công suất Ở đây tadùng BJT công suất

Người ta phân loại bộ biến đổi xung áp thành nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào cáchmắc khóa bán dẫn ( nối tiếp hay song song ) hoặc tùy thuộc vào điện áp ra ở đây ta dùng

bộ biến đổi xung áp một chiều nối tiếp

2.Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi xung áp :

Tải

t t

H4.4 Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi xung áp

Trong khoảng 0 T÷ 1 cho Q

1 mở toàn bộ điện áp nguồn được lên tải ,còn trong khoảng

T

T1÷ ta ngắt Q1 lúc này điện áp trên tải sẽ bằng 0 như vậy điện áp trung bình trên tải là

:

,1

T dt U

T

dt U

Theo biểu thức trên ta có 3 phương pháp điều chỉnh điện áp Ud

+ T = const ,T1 = var ( phương pháp độ rộng xung)

+ T = var ,T1= const.(phương pháp tần số xung)

+ T = var ,T1 = var (phương pháp xung thời gian)

Trong 3 trường hợp trên thì phương pháp tần số xung và xung thời gian có nhiều nhược điểm ,tần số phải thay đổi trên một phạm vi rộng lớn mới có thể cung cấp một dải điện áp đầu ra Việc thiết kế bộ lọc với tần số thay đổi gặp nhiều khó khăn Trong trường hợp điện áp ra thấp ta điều khiển theo phương pháp này sẽ làm cho thời gian Toff lớn gây

ra hiện tượng dòng điện trên tải bị gián đoạn

H4.5 Dạng sóng điện áp ra