THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC CHO HỆ THỐNG MÁY BÀO GIƯỜNG

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU5CHƯƠNG 16TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ6I.TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ61.1Giới thiệu công nghệ61.2 Cấu tạo của máy61.3 Các truyền động của bàn71.4Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường81.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường111.5.1. Truyền động chính111.5.2. Truyền động ăn dao121.5.3 Đặc tính cơ131.6. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động131.6.1. Khảo sát các phương án truyền động131.6.2. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ141.6.3. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB181.6.4. Chọn phương pháp điều khiển18CHƯƠNG 221THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC212.1. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG MÁY BÀO GIƯỜNG212.1.1. Phân tích chọn sơ đồ bộ biến đổi T Đ212.1.2 Chọn thiết bị phụ cho bộ biến đổi242.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực252.1.4 Nguyên lý làm việc của mạch động lực272.2. Thiết kế mạch điều khiển hệ thống truyền động282.3 Khối đông bộ hóa và phát sóng răng cưa (ĐBHFSRC)31TÍNH CHỌN THIẾT BỊ343.1.1. Chọn động cơ truyền động343.1.2.Tính chọn bộ nghịch lưu383.1.3.Tính chọn bộ chỉnh lưu433.1.4. Tính chọn RC bảo vệ tiristor trong mạch động lực433.2. Tính chọn các thiết bị mạch điều khiển453.2.1. Tính chọn biến áp xung (BAX)453.2.2. Tính chọn tầng khuếch đại cuối cùng453.2.3. Tính chọn máy biến áp đồng pha463.2.4. Chọn các Tranzitor ở mạch điều khiển463.2.5. Các vi mạch khuếch đại thuật toán trong mạch tích phân46CHƯƠNG 446KẾT QUẢ, KẾT LUẬN464.1. Tổng hợp hệ điều khiển464.1.1. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện484.1.2. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ514.1.3. Tính các tham số cần dùng trong quá trình tổng hợp514.2.Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh534.2.1.Tổng hợp mạch vòng dòng điện53KẾT LUẬN54

Ý KIẾN NHẬN XÉT

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1 6

TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ 6

I TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ 6

1.1 Giới thiệu công nghệ 6

1.2 Cấu tạo của máy 6

1.3 Các truyền động của bàn 7

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường 8

1.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường 11

1.5.1 Truyền động chính 11

1.5.2 Truyền động ăn dao 12

1.5.3 Đặc tính cơ 13

1.6 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động 13

1.6.1 Khảo sát các phương án truyền động 13

1.6.2 Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ 14

1.6.3 Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB 18

1.6.4 Chọn phương pháp điều khiển 18

CHƯƠNG 2 21

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC 21

2.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG MÁY BÀO GIƯỜNG 21

2.1.1 Phân tích chọn sơ đồ bộ biến đổi T - Đ 21

2.1.2 Chọn thiết bị phụ cho bộ biến đổi 24

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực 25

2.1.4 Nguyên lý làm việc của mạch động lực 27

2.2 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống truyền động 28

2.3 Khối đông bộ hóa và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC) 31

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 34

3.1.1 Chọn động cơ truyền động 34

3.1.2.Tính chọn bộ nghịch lưu 38

3.1.3.Tính chọn bộ chỉnh lưu 43

3.1.4 Tính chọn R-C bảo vệ tiristor trong mạch động lực 43

3.2 Tính chọn các thiết bị mạch điều khiển 45

3.2.1 Tính chọn biến áp xung (BAX) 45

3.2.2 Tính chọn tầng khuếch đại cuối cùng 45

3.2.3 Tính chọn máy biến áp đồng pha 46

3.2.4 Chọn các Tranzitor ở mạch điều khiển 46

3.2.5 Các vi mạch khuếch đại thuật toán trong mạch tích phân 46

CHƯƠNG 4 46

KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 46

4.1 Tổng hợp hệ điều khiển 46

4.1.1 Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện 48

4.1.2 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ 51

4.1.3 Tính các tham số cần dùng trong quá trình tổng hợp 51

4.2.Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh 53

4.2.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện 53

KẾT LUẬN 54

LỜI NÓI ĐẦU ùng với sự phát triển của đất nước, mục tiêu mà Đảng

ta đặt ra trước thềm thế kỷ 21 Để thực hiện được mục tiêu đó Đảng và nhà nước ta đang tiến hành sự nghiệp

“Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” trên phạm vi cả nước Công cuộc “Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” thực chất đó là một cuộc cách mạng khoa họa và kỹ thuật nhằm từng bước cải thiện trang thiết bị Điện và điều kiện làm việc cho người lao động Từng bước thay thế lao động thủ công bằng những dây chuyền máy móc hiện đại, nhằm mục đích cưới cùng là tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao cho xã hội Để nâng cao năng suất lao động yêu cầu tự động hóa các hệ thống công nghiệp ngày càng trở nên cần thiết Lĩnh vực tự động hóa thừa hưởng những thành tựu của Điều khiển học, Tin học, công nghệ vật liệu mới… đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua tạo ra những công nghệ, dây chuyền sản xuất tự động với năng suất cao, chất lượng tốt Máy bào giường là một trong những dây chuyền sản xuất như vậy, năng suất của dây chuyền phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày…tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Mạnh Cường

Đoàn Ngọc Đức

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ

I TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ

1.1 Giới thiệu công nghệ

Máy bào giường được sử dụng rộng rãi trong các máy cơ khí, nó dùng

để gia công các chi tiết bằng kim loại lớn như : bệ máy, thân máy, máy bào, máy tiện

Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh).

Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao, đặc tính chuyển động , các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay, bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng, ren, vít

Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là những giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy:

Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5 đến 12m Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành ba loại :

- Máy cỡ nhỏ : chiều dài bàn Lb<3m , lực kéo Fk=3050 Kn,

- Máy cỡ trung bình : chiều dài Lb=45m , Fk=5070 kN,

- Máy cỡ nặng : chiều dài Lb >5m , Fk >70k

1.2 Cấu tạo của máy

Các bộ phạn chủ yếu của máy gồm có :

Đế máy :

Bàn máy :

Giá chữ U :

Xà ngang :

Các bàn dao máy :

Bộ phận chuyển động:

1.3 Các truyền động của bàn

Truyền động của bàn là truyền động chính của máy, là truyền động cơ bản của máy, đặc điểm của truyền động này là có tính chu kỳ lặp lại mỗi chu kỳ có hai hành trình

+ Hành trình thuận : là hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai đoạn, khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết gia công ứng với các tốc độ khác nhau

+ Hành trình ngược : là quá trình máy chạy không tải để đưa bàn máy khỏi chi tiết về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho một chu kì mới Tốc độ hành trình thuận thường nhỏ hơn tốc độ hành trình ngược để nâng cao

năng suất của máy.

Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua lại Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng Bàn dao đươch kẹp chặt trên xà ngang cố định khi gia công Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt Ở hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu ,không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép) Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một

hành trình kép là chuyển động ăn dao Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải.

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường

Đồ thị tốc độ:

+ Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3.

+ Giai đoạn 4 : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận

V1 đảo chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V3 trong khoảng thời gian t4.

+ Giai đoạn 5 : giảm tốc độ ngược từ V3 về V1 trong khoảng thời gian t5 + Giai đoạn 6 : giảm tốc từ V1 về 0, trở lại vị trí ban đầu,kết thúc một hành trình làm việc

Qua việc phân chia các giai đoạn hoạt động ta có thể mô tả công nghệ của máy bào giường như sau :

Sau khi ấn nút khởi động, máy bào giường sẽ chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn này kéo dài từ A tới B Kết thúc giai đoạn này cần phải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ cắt gọt V2>V1, giai đoạn này kéo dài từ B tới C Đến C sau khi đã cắt gọt chi tiết xong bàn máy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuẩn bị cho quá trình đảo chiều, giai đoạn này kéo dài từ C tới D Trong quá trình đảo chiều để tăng năng suất, ta điều khiển cho bàn máy chạy với tốc độ V3 >V2

>V1 Bàn máy chuyển động ngược cho tới khi gặp A thì bắt đầu giảm tốc

từ V3 xuống V1, tiếp đó tốc độ giảm về 0 và bắt đầu một chu kì làm việc mới Khi có tín hiệu dừng máy, bàn máy sẽ dừng ở đầu hành trình thuận hoặc đầu hành trình ngược

Qua mô tả công nghệ như trên ta có thể thực hiện các yêu cầu công nghệ như trên theo nguyên tắc hành trình Ta đặt tại A,B,C,D, các cảm biến vị trí (thực chất là công tắc tơ hành trình) Các tín hiệu cảm biến nhận từ các công tắc tơ được sử dụng để điều khiển cho phù hợp với công nghệ yêu cầu.

Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình 1 Trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V0 =5 15 m/ph ( tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1 Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp

để tránh sứt dao hoặc chi tiết ) Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V0

cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt ) Trong thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V0, dao được

ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V0 Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng> Vth thực hiện hành trình không tải, đưa bàn máy về vị trí ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ) Gần hết hành trình ngược bàn máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ khác Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết.

k  - tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược

tđc - thời gian đảo chiều của máy

Từ (1- 4) ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt Vth thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tđc Khi tăng K thì năng suất của máy tăng nhưng khi k >3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng Nếu chiều dài bàn L>3m thì tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn Vth=(75120)m/ph thì tđc ảnh huởng nhiều đến năng suất Vì vậy khi thiết

kế máy bào giường phải làm giảm thời gian quá trình quá độ.

Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất.

Ta có tỷ số truyền tối ưu: it.ư=

Jd

Jm M

Mc M

Mc :Momen cản trên trục làm việc,Nm

Jm , Jd :Momen quán tính của máy và động cơ,kgm

Nếu coi Mc= 0 thì: itu=

Jd Jm

Việc lựa chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng Thời gian quá trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy Mômen quán tính của máy tỷ lệ với chiều dài của máy.

Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được vì bị hạn chế bởi:

-Lực động phát sinh trong hệ thống

-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.

1.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường

1.5.1 Truyền động chính

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn

nhất và thấp nhất của bàn máy D =

thmin

ngmax min

max

V

VV

V



Trong đó :

Vngmax - tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngược

Vthmin - tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận

Chọn Vthmin = 5m/ph

5

70V

- Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết, tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt.

- Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm trong bộ truyền với tác động cực đại.

1.5.2 Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần.

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100  200)/1 Lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80  100) mm/hành trình kép.

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ.

Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh.

Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng.

1.5.3 Đặc tính cơ

Hình vẽ đặc tính cơ

1.6 Phân tích và lựa chọn phương án truyền động

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là 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 Do đề bài yêu cầu sử dụng động cơ KĐB nên em chỉ phân tích các đặc tính kinh tế kỹ thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.

1.6.1 Khảo sát các phương án truyền động

a Hệ điều chỉnh điện áp động cơ

+ Nguyên lý:

Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào

Stato động cơ như sau:

s X s

' R R

' R U 3 M

2 m n

2 2 1 1

2

2 1 f

1.6.2 Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ

+ Nguyên lý điều chỉnh:

Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng:

s P s M M

P s  c.( 1  )  c. 1  dt.

dt

s P

P

s 

Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta

sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt.

Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:

o o o

D 1 D 3 D 5

D 2

D 6

D 4

L

T 1 T 3

T 6 T 2

T 5

T 4

ÑK B

U 2

B A

C L

N L

ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển  của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô men tới hạn của đặc tính tự nhiên.

truyền động có mô-men tải không đổi (x=0) Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được

đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh.

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau:

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều:

+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm.

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch.

0 0

T

t R t

t

t R R

ck

d

ng d

R.R

.2

1.6.3 Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB

  điều đó có

nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình vẽ sau:

+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f > fđm), thì mô men tới hạn lại

giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: 2

1

th

f1

M 

+ Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm  X=2fL cũng giảm  I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.

1.6.4 Chọn phương pháp điều khiển

a Luật giữ từ thông không đổi

Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động cơ (đồng thời cũng phải điều chỉnh biên độ điện áp Stato đặt vào động cơ) thông qua từ thông động

cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc cũng có thể dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại lượng khác như tần số f1 , điện áp U1, dòng điện I1 và tần số trượt f2 Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế thường sử dụng các phương pháp gián tiếp.

Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phương pháp điều khiển tần số dòng điện Bản chất của phương pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trượt f2 và dòng điện stato I1 để giữ cho

từ thông của máy điện không đổi.

Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có được quan hệ giữa dòng stato

Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi ( r = r

dm = const ), thì dòng điện stato phải được điều chỉnh theo độ trượt.

+ ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện Đảm bảo cho dòng điện stato (I1), dòng điện roto (I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơ đều không phụ thuộc vào tần số  đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song song với nhau và không thay

đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số Điều khiển giữ cho r=r dm sẽ tận dụng được công suất mạch từ là tối đa Hơn nữa, khi giữ biên độ từ thông roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông góc với nhau trong không gian và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng roto Điều này giống như quan hệ giữa mômen và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích thích động lập khi từ thông kích từ là định mức.

+ Nhược điểm của phương pháp này là: Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm  tăng tổn hao trong động cơ ở vùng tần số thấp, khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được với sụt áp trên điện cảm tản mạch stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm.

b Điều khiển từ thông khe hở không đổi theo luật U/f

Ở vùng tần số cao (xung quanh tần số định mức )mômen tới hạn có trị số gần như không phụ thuộc vào tần số,nếu tỉ số Rs/fs nhỏ.Khi tần số giảm,từ thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dũng điện định mức không đổi ở mọi tần số,kết quả là mômen tới hạn của động

cơ sẽ giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp.

Ở trạng thỏi hóm, động cơ làm việc như một máy phát, chiều dũng điện stato ngược lại so với trạng thái động cơ Do vậy,sđđ Es tăng lên, làm cho từ thông khe hở tăng so với trạng thái động cơ Nếu coi mạch từ không bão hoà, mô men động cơ ở trạng thái hãm sẽ lớn, đặc biệt là ở vùng tần số trung bình.

Từ thông chỉ được duy trỡ là hằng số khi sụt áp trênn dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua Trong thực tế, điện trở stato không thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng điện định mức sẽ không đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số Do vậy, sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỉ lệ lớn ở tần số nhỏ, sẽ ảnh hưởng lớn đến từ thông khe hở, do vậy U/f được tăng lên ở vùng tần số thấp để bù lại sụt áp trên điện trở stato.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC 2.1 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG MÁY BÀO GIƯỜNG

Qua phân tích trên ta thấy bộ biến đổi Tiristor - Động cơ (T - Đ) có

ưu điểm hơn cả, vì hệ thống gọn nhẹ, chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao suy ra hệ thống phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào giường Vì vậy ta chọn bộ biến đổi Tirristor - động cơ (T-Đ) làm bộ biến đổi cho truyền động máy bào giường.

2.1.1 Phân tích chọn sơ đồ bộ biến đổi T - Đ

Các linh kiện bán đẫn được thiết kế theo hai sơ đồ, sơ đồ hình tia và

sơ đồ hình cầu được thực hiện việc cung cấp điện cho các động cơ như hình

II -1 và hình II-2.

.

.

.

T3

iT2A

- Sơ đổ hình tia đơn giản, số van ít hơn hai lần so với sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha đối xứng Sơ đồ hình tia 3 pha có sụt áp và tổn thất công suất chỉ trên 1 van nên ít hơn so với sơ đồ hình cầu ( sơ đồ hình cầu có sụt áp và tổn thất công suất trên hai van) tổn thất do cùng dẫn cũng ít hơn so với sơ đồ hình cầu.

- Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên nhỏ hơn 2 lần so với sơ đồ hình tia, do đó cấp điện áp yêu caauf đối với van nhỏ hơn Sơ đồ hình cầu chỉ cần điện áp nguồn nhỏ hơn 2 lần so với sơ đồ hình tia, các nguồn lấy ở đầu ra cuộn thứ cấp máy biến áp do đó thứ cấp máy biến áp có số vòng dây ít hơn hai lần (tuy nhiên dây có tiết diện to hơn) so với máy biến áp cung cấp điện cho sơ đồ hình tia.

- Sơ đồ hình cầu cho dạng điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn với độ nhấp nháy ít hơn, cuộn kháng lọc ở sơ đồ hình tia phải có yêu cầu phần này lớn hơn Từ những ưu nhược điểm trên ta thấy sơ đồ hình cầu 3 pha đối xứng có ưu điểm hơn so với sơ đồ hình tia 3 pha Tuy sơ đồ hình cầu số van Tiristor nhiều hơn song tiristor ở sơ đồ hình cầu chọn ở cấp điện áp bằng một nửa cấp điện áp của tiristor ở sơ đồ hình tia Đặc biệt diện áp ra của sơ đồ hình cầu tốt hơn hẳn điện áp ra của sơ đồ hình tia.

* Vì vậy trong bản thuyết minh này em chọn sơ đồ bộ biến đổi hình cầu 3 pha đối xứng cho truyền động máy bào giường.

- Việc điều khiển các bộ biến đổi hình tia hoặc hình cầu để phù hợp với yêu cầu công nghệ là nhất quan trọng Hiện nay người ta thường sử dụng 2 phương pháp điều khiển là điều khiển chung( hay điều khiển phụ thuộc) và điều khiển riêng( hay còn gọi điều khiển độc lập)

a Phương pháp điều khiển chung:

Là cả hai bộ biến đổi đều có xung mở, một bộ làm việc ở trạng thái trao đổi năng lượng còn một bộ làm việc ở trạng thái trờ phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ đông và chế độ tính rất tốt, nhưng

nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng nên tiêu tán năng lượng vô ích, và luôn tồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng với sơ đồ hình cầu 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng san bằng.

b Phương pháp điều khiển riêng:

Xung điều khiển đưa vào van một cách riêng rẽ để loại trừ tổ van nào thì ta ngừng cung cấp xung cho tổ van ấy, nghĩa là bộ biến đổi này làm việc thì bộ biến đổi kia không làm việc (hay nghỉ) Do vậy dùng phương pháp này không xuất hiên dòng cân bằng song đi theo nó là một mạch logic Tuy nhiên đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển chung và để đảm bảo đảo chiều an toàn thì cần phải có 1 khoảng thời gian trễ để dòng qua tổ van đang làm việc giảm về = 0 thì nó mớ cho tổ van thứ hai mở.

Với ưu điểm làm việc an toàn, không có dòng cân bằng giữa các bộ biến đổi, tuy cần phải có một khoảng thời gian trễ ( khoảng thời gian này

đảm bảo bởi các xung có độ rộng không đổi ) Vậy ta chọn phương pháp điều khiển riêng (hay còn gọi điều khiển độc lập) để điều khiển truyền động

điện cho máy bào giường.

2.1.2 Chọn thiết bị phụ cho bộ biến đổi

- Máy biến áp động lực: Dùng để cung cấp điện áp phù hợp với bộ biến đổi

- Cuộn kháng san bằng: Dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao của điện áp ra bộ biến đổi

- Mạch R-C: Dùng để bảo vệ qua áp cho các van tiristor trong quá trình chuyển mạch

- Áptômát AB: Dùng để đóng, cắt điện và bỏ vệ sự cố cho máy biến áp

- Công tắc tơ: Dùng để đóng ngắt cho bộ biến đổi Từ các thiết kế ở trên ta được sơ đồ mạch động lực như hình II-3.

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực được biểu diến như hình II-3 mạch động lực sử dụng các thiết bị có chức năng và nhiệm vụ như sau.

- Đ: là Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Nhiệm vụ biến điện năng thành

cơ năng truyền động cho phụ tải yêu cầu.

- CKĐ: Là cuộn dây kích từ của động cơ Đ, có chức năng cung cấp từ thông kích từ cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập Đ.

T1T T6T: Là các tiristor chức năng biến đổi nguồn điện xoay chièu thành nguồn một chiều (có thể thay đổi được chỉ số) để cung cấp cho động cơ Đ, phục vụ cho động cơ quay thuận

T1N  T6N: Là các tiristor phục vụ cho động cơ Đ quay theo chiều ngược.

T

4T

T6T