Thiết kế và mô phỏng hệ thống truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng sơ đồ chỉnh lưu – động cơ một chiều - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (5)

Truyền động ăn dao: chuyển động tính tiến theo phương ngang hoặc chuyển động sang trái sang phải... Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc q

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY DOA

Ngày nay, trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hóa có liên quan chặt chẽ tới điện khí hóa và tự động hóa Yếu tố điện tự động hóa cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng xuất lao động, nâng cao chất lượng kỹ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động

Quá trình hiện đại hóa phát triển gắn liền với nhiều ngành nghề phát triển theo, trong đó có ngành công nghiệp gia công kim loại là ngành không thể thiếu Mà gắn liền với ngành này là các trang thiết bị điện – điện tử máy gia công kim loại trong đó có máy doa

1.1 Chức năng của máy doa

Máy doa là loại máy thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Đây là loại máy có thể gia công nhiều loại chi tiết khác nhau tùy vào mục đích sử dụng, nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công:

 Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao

 Nguyên công tiện: khi lắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong, cắt mặt đầu, cắt ren…

 Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường rất nặng nề

 Nguyên công phay: phay mặt đầu, phăt mặt phẳng, phay mặt trong, phay mặt ngoài

1.2 Phân loại máy doa

Máy doa có rất nhiều loại tùy vào yêu cầu ta có thể phân loại theo các cách sau:

 Phân loại theo chức năng công dụng:

- Máy khoan, khoét

- Máy doa

 Phân loại theo chuyển động:

- Máy doa đứng: Dao quay theo phương thẳng đứng

- Máy doa ngang: Dao quay theo phương nằm ngang

 Phân loại theo mức độ trang bị điện:

- Loại đơn giản: thường đùng động cơ không đồng bộ không có điều chỉnh tốc độ về điện

- Loại trung bình: động cơ không đồng bộ điều chỉnh bằng cách thay đổi số đối cực

- Loại phức tạp: dùng động cơ một chiều kích từ động lập điều khiển theo hệ kín

Phân loại theo trong lượng máy:

- Loại nhỏ : trọng lượng máy nhỏ hơn 10 tấn

- Loại trung bình: trọng lượng máy từ 10 đến 100 tấn

- Loại lớn: trọng lượng máy trên 100 tấn

1.3 Cấu tạo bên ngoài máy doa ngang 2620

Thân máy: là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ Ụ híni: nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy Động

cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ quá trình di chuyển được thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao

Ụ rụh hịh: nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao

hoặc bằng tay

Bàn máy : được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang dọc, qua trái, qua phải

Hình 1.1 Hình dạng bên ngoài máy doa ngang

1 Bệ máy

2 Trụ sau

3 Giá đỡ giữ trục dao

4 Bàn quay: để gá chi tiết

5 Ụ trục chính

6 Trụ trước

1.4 Các truyền động cơ bản của máy doa

Truyền động chính là truyền động quay mâm gá dao Truyền động này được thực hiên nhờ động cơ không đồng bộ (KĐB) rô to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ cách thay đổi từ đấu sao sang tam giác và ngược lại

Truyền động ăn dao: chuyển động tính tiến theo phương ngang hoặc chuyển động sang trái sang phải Phạm vi điều chỉnh tốc độ ăn dao D= 1500:1 lượng ăn dao điều chỉnh trong phạm vi (2mm/ph - 600mm/ph) Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, ổn định tốc độ < 10% Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ < 10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động

Ngoài ra còn một số chuyển động phụ khác không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi hiệu chỉnh máy, chuẩn bị gia công… ví dụ như di chuyển thanh dao hoặc phôi, nâng hạ các thanh…

1.5 Ví dụ hệ động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ thống máy điện khuếch đại – động cơ một chiều

Hệ thống truyền động ăn dao thực hiện theo hệ MĐKĐ có bộ khuếch đại điện tử trung gian, thực hiện theo hệ kín phản hồi âm tốc độ Tốc độ ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi (2,2 ÷ 1760)mm/ph Di chuyển nhanh đầu dao với tốc độ 3780mm/ph chỉ bằng phương pháp điện khí Tốc độ ăn dao được thay đổi bằng cách chuyển đổi sức điện động của khuếch đại máy điện khi từ thông động cơ là định mức, còn di chuyển nhanh đầu dao được thực hiện bằng cách giảm nhỏ từ thông động cơ khi sức điện động

của MĐKĐ là định mức

Hình 1.2: Sơ đồ hệ truyền động ăn dao máy doa 2620 MĐKĐ-Đ

Kích từ của MĐKĐ là hai cuộn 1CK và 2CK được cung cấp từ bộ khuếch đại điện tử hai tầng Tầng 1 là khuếch đại điện áp (đèn kép 1ĐT) và tầng hai là tầng khuếch đại công suất (đèn 2ĐT và 3ĐT) Tín hiệu đặt vào tầng 1 là:

Trong đó: Ucđ - điện áp chủ đạo lấy trên biến trở 1BT;

γω - điện áp phản hồi âm tốc độ động cơ, lấy trên FT

Um2- điện áp phản hồi mềm, tỷ lệ với gia tốc và đạo hàm gia tốc, lấy ở đầu

ra của cuộn thứ cấp 2BO-2 và 2BO-3 của biến áp 2BO, cuộn sơ cấp của 2BO (2BO-1)

nối tiếp với mạch R, C Do đó, dòng điện sơ cấp của biến áp vi phân 2B0-1 gồm hai thành phần tỷ lệ với tốc độ và tỷ lệ với gia tốc của động cơ Như vậy điện áp thứ cấp biến áp 2BO sẽ tỉ lệ với gia tốc và đạo hàm của gia tốc động cơ

Điện áp đặt vào tầng khuếch đại 2 là Uv2 được xác định bằng biểu thức:

Trong đó: Ur1- điện áp đầu ra tầng 1, là điện áp rơi trên điện trở R8, R9

Um1- điện áp phản hồi mềm tỷ lệ với đạo hàm dòng điện mạch ngang, được lấy trên hai cuộn thứ cấp 1BO-2 và 1BO-3; cuộn sơ cấp 1BO-1 mắc nối tiếp trong mạch ngang của MĐKĐ

 Nguyên lý làm việc:

Khi điện áp chủ đạo bằng không, do sơ đồ bộ khuếch đại nối theo sơ đồ cân bằng nên dòng điện anôt hai nửa đèn 1ĐT là như nhau (IaP = IaT), điện áp rơi trên R8 và R9

bằng nhau, như vậy điện áp ra tầng 1 bằng không

và tương tự dòng điện anôt hai đèn 2ĐT và 3ĐT bằng nhau (Ia2 = Ia3), hai cuộn dây 1CK và 2CK có điện trở và số vòng như nhau, sức từ động của chúng tác dụng ngược chiều nhau nên sức từ động tổng của KĐMĐ bằng không

F∑ = F1CK – F2CK = (Ia2 – Ia3).W = 0 (1.4) Khi RT = 1, → Ucđ > 0, do sự phân cực của điện áp chủ đạo nên nửa đèn phải thông yếu hơn nửa đèn bên trái của 1ĐT, điện áp trên R8 lớn hơn điện áp trên R9, điện

áp ra của tầng 1 có cực tính làm cho đèn 3ĐT thông mạnh hơn 2ĐT tức là Ia3 > Ia2 hay

I2CK > I1CK và sức từ động F∑ có dấu tương ứng với chiều quay thuận của động cơ Tốc độ động cơ lớn hay bé tuỳ thuộc vào điện áp chủ đạo

 Khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt:

Lợi dụng tính chất của MĐKĐ là khi có dòng điện phần ứng, điện áp ra của

nó sẽ giảm do tác dụng của phản ứng phần ứng Mạch phản hồi âm dòng điện có ngắt gồm có cuộn bù, cầu chỉnh lưu 1V và biến trở 2BT Khi dòng điện phần ứng còn nhỏ

và nhỏ hơn dòng điện ngắt (Iư< Ing), sụt áp trên cuộn bù nhỏ hơn điện áp trên biến trở 2BT(U0); cầu chỉnh lưu 1V không thông, và dòng điện cuộn bù hoàn toàn tương ứng

với dòng điện phần ứng, MĐKĐ được bù đủ Với giả thiết Ib = Iư thì sức từ động của cuộn bù sẽ là:

Fb = Ib.Wb = Iư.Wb Khi Iư > Ing thì ta có Ub > U0; các van 1V thông, xuất hiện dòng điện phân mạch I1V và dòng điện cuộn bù sẽ giảm đi một lượng:

Ib = Iư – I1V Mức độ bù giảm đi và kết quả điện áp ra của MĐKĐ giảm nhanh khi dòng điện phần ứng tăng làm cho dòng điện phần ứng được hạn chế

Trong trường hợp này, sức từ động của MĐKĐ là:

F∑ = F12 + Fb - Fd = F12 + (Iư – I1V).Wb – Iư.Wb = F12 – I1V.Wb (1.5) Trong đó: F12 – stđ của hai cuộn 1CK và 2CK

Fb = Ib.Wb - sức từ động của cuộn bù

Fd = Iư.Wb - sức từ động dọc trục được bù đủ khi Iư < Ing

Từ công thức F∑ ta thấy: khi Iư > Ing thì sức từ động của MĐKĐ bị giảm đi một lượng (Ilv.Wb) Như vậy có thể coi sức từ động tổng của MĐKĐ được sinh ra bởi hai cuộn 1CK - 2CK là F12 và cuộn bù Wb với sức từ động (I1V.Wb) ngược chiều sức từ động F12

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĂN

DAO MÁY DOA NGANG 2620

Hệ thống ăn dao máy doa 2620 có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau Như ở chương 1 chúng ta đã đã được tìm hiểu qua về hệ truyền động Máy điện khuếch đại- động cơ một chiều (MĐKĐ-Đ) Tuy nhiên ta thấy hệ truyền động khá cồng kềnh và để thực hiện nó thì chi phí khá đắt Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trong đó có các linh kiện bán dẫn ngày càng được phát triển và sử dụng rộng rãi thay thế dần các thiết bị điện tử cũ giúp đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng cũng như về kinh tế Chính vì thế phương án thay thế cho hệ truyền động MĐKĐ-Đ ở trên là hệ thống chỉnh lưu – Động cơ một chiều (T-Đ)

2.1 Hệ truyền động chỉnh lưu –động cơ một chiều

2.1.1 Giới thiệu chung hệ chỉnh lưu- động cơ một chiều

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

Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là điện áp đập mạch

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia

- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển

2.1.2 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu – động cơ một chiều Trong đó:

- Đ: động cơ một chiều

- CL: bộ biến đổi điện áp gồm các van bán dẫn có điều khiển, có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều cấp cho động cơ

- TH&KĐ : Khâu tổng hợp và khuếch đại trung gian có nhiệm vụ tổng hợp điện áp chủ đạo và tín hiệu phản hồi

- ĐK: Phát tín hiệu điều khiển mở các van bán dẫn của bộ biến đổi

- Ud : điện áp 1 chiều sau khi đã chỉnh lưu cấp cho động cơ

Nguyên lý hoạt động

Giả sử với sơ đồ trên ta chỉ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện

áp phần ứng đặt vào động cơ và khâu phản hồi chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ và âm dòng có ngắt

Khâu tổng hợp khuếch đại chỉ sử dụng các vi mạch, tín hiệu vào khâu này gồm

có các tín hiệu chủ đạo Ucđ và tín hiệu phản hồi Uph, tín hiệu âm dòng có ngắt

Khi hệ thống ban đầu đã được đóng vào lưới điện với điện áp thích hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc Đưa vào hệ thống một điện áp đặt ứng với một tốc độ nào đó của động cơ, thông qua khâu tổng hợp khuếch đại và mạch phát xung sẽ xuất hiện các xung đưa đến bộ điều khiển của các bộ biến đổi Lúc này các van được đặt điện áp thuận sẽ mở Đầu ra của bộ biến đổi điện áp có điện áp Ucd đặt lên phần ứng của động

cơ làm cho động cơ làm việc với điện áp chủ đạo

Trong quá trình làm việc, nếu do một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động

cơ n giảm thì ta thấy Uđk = Ucđ - .n, nên khi n giảm Uđk tăng ( giảm Uđk tăng)

n tăng tới điểm làm việc yêu cầu

Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình xảy ra ngược lại, nên khi n tăng

Uđk giảm ( tăng Uđk giảm) n giảm tới điểm làm việc yêu cầu Đây chính là qua trính ổn định tốc độ

2.1.3 Lựa chọn phương án đảo chiều động cơ

Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi chúng đang ở trạng thái mở, còn khóa theo điện áp lưới cho nên truyền động điện thực hiện khó khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát động cơ Cấu trúc mạch lực cũng như mạch điều khiển hệ truyền động T – Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có lôgic điều khiển chặt chẽ

Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T – Đ đảo chiều:

- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ

- Giữ nguyên chiều dòng điện kích từ và đảo chiều dòng phần ứng động cơ

Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T – Đ đảo chiều có rất nhiều, song đều thực hiện theo 2 nguyên tắc trên và ta đưa ra 2 loại sơ đồ chính như sau:

Với nguyên tắc thứ nhất: Giữ nguyên dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích

từ động cơ

Phương pháp này có ưu điểm là giá thành rẻ và đơn giản nhất, song có nhược điểm

là thời hạn đảo chiều lớn bằng khoảng (0,5 - 2,5)s, (do hằng số thời gian của cuộn dây kích từ động cơ không lớn) không đáp ứng được yêu cầu của truyền động Khi đảo chiều thì dòng điện phần ứng lớn sinh ra tia lửu điện ở chổi than, cổ góp làm giảm tuổi thọ máy

Với nguyên tắc thứ hai: Giữ nguyên dòng điện kích từ và đảo chiều dòng phần ứng

động cơ Phương pháp này có 2 trường hợp như sau:

Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách sử ḍng các tiếh điểm bằng hơ

Phương pháp này có ưu điểm là vốn đầu tư nhỏ dễ điều chỉnh Tuy có thời gian đảo chiều nhỏ hơn nhưng van không thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác động nhất định trong hệ thống điều khiển truyền động điện Phát sinh





hồ quang khi công tắc tơ đóng cắt Sử dụng cho truyền động công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách sử ḍng 2 BBĐ song song ngược

Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động cơ hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụng các sơ đồ có hai nhóm van (bộ biến đổi kép) Mỗi nhóm dẫn dòng điện theo một chiều nên bộ biến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều Bộ biến đổi như vậy có thể được nối theo nhiều sơ đồ khác nhau Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải được đổi chiều

Mọi loại sơ đồ đều có những ưu điểm riêng thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ Vấn đề đặt ra là người thiết kế phải chọn ra phương án phù hợp với yêu cầu công nghệ của từng loại máy

Kết luận: Trên thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các

phương pháp điều khiển khác nhau Trong sơ đồ song song ngược, cả hai nhóm van đều đựơc cung cấp từ một nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp

2.1.4 Phương án điều khiển 2 bộ biến đổi

Ở trên ta đã chọn cách đảo chiều động cơ bằng phương pháp sử dụng 2 BBĐ song song ngược Để điều khiển 2 BBĐ này ta chọn phương án sử dụng phương pháp điều

khiển chung Ở phương pháp điều khiển chung cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến

các BBĐ, trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lưu chờ Khi sử dụng phương pháp này, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong các BBĐ Để hạn chế dòng điện này người ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng

2.2 Chọn sơ đồ nối dây mạch chỉnh lưu

Để cấp nguồn cho động cơ hệ thống ăn dao máy doa 2620, ta cần chọn nguồn một chiều có trị số thay đổi được để tùy vào mục đích sử dụng khác nhau của máy Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi tĩnh (khuếch đại từ) có khá nhiều nhược điểm, trong đó có nhược điểm cơ bản là tổn thất riêng khá lớn Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử dụng các bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển ngày càng được phổ biến và có nhiều ưu việt

Để lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu ta đưa ra 3 phương án sau:

 Mạch chỉnh lưu cầu một pha

 Mạch chỉnh lưu tia ba pha

 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha

Mỗi sơ đồ chỉnh lưu đều có ưu nhược điểm khác nhau Ở đây ta chọn phương án nối dây là mạch chỉnh lưu tia ba pha

2.2.1 Chỉnh lưu hình tia ba pha

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL-Đ tia ba pha và sơ đồ thay thế

- BA: Là máy biến áp 3 pha dùng để cấp cho mạch chỉnh lưu

- T1, T2, T3: Các Tiristor dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp máy biến

áp là ua, ub, uc, thành điện áp một chiều trên phụ tải

- Đ, L là thành phần phụ tải

2.2.2 Đặc điểm của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

 Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cung cấp

 Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ katôt chung, nếu điện cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung

 Các cực cùng tên của các van được nối lại với nhau tạo thành 1 cực của điện áp chỉnh lưu Cực còn lại là trung tính của nguồn

 Số đập mạch của điện áp chỉnh lưu bằng số pha của điện áp xung

 Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính nguồn là điện

cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

2.2.3 Nguyên lí làm việc của mạch chỉnh lưu hình tia ba pha

Ở đây xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung

Để một Tiristor mở cần có 2 điều kiện:

Điện áp Anôt - Katôt phải dương (UA > 0)

 Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katôt của van

Do đặc điểm trên mà ta có thể điều khiển được thời điểm mở của các van bán dẫn trong khoảng nửa chu kỳ điện áp dương đặt lên van

Với chỉnh lưu pha ở 1 thời điểm bất kỳ luôn có một van dẫn động đó là van nối với pha nào đó có thế dương nhất và có dòng điều khiển

Trong thời gian 1 chu kỳ, 1 pha sẽ lần lượt đạt giá trị cực đại dương cách nhau 1 khoảng thời gian là 1/N chu kỳ, thời gian mở tối đa 1 van là 1/N chu kỳ điện áp

Thời điểm mở tự nhiên của các van trong sơ đồ chỉnh lưu N pha được tính từ thời điểm điện áp trên các van đang mở thấp hơn điện áp đặt lên van kế tiếp

Nếu tính từ thời điểm điện áp của 1 pha bắt đầu dương thì thời điểm mở tự nhiên

của van được xác định theo công thức:

Đường cong của điện áp chỉnh lưu và trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ thay đổi và phụ thuộc vào thời gian mở của các van

Góc  là góc mở và  = 0 – 1800

Khi  = 0 thì hệ chỉnh lưu điều khiển làm việc như sơ đồ không

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định

Hình 2.3 Đồ thị điện áp chỉnh lưu hình tia ba pha Khi biến áp có ba pha đấu sao (Y) trên mỗi pha A,B,C ta nối một van như hình 2.2 ba catot đấu chung cho ta điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp

âm Ba pha điện áp A,B,C dịch pha nhau một góc là 1200 theo các đường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (1200 ) Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anot của van nào dương hơn van đó mới được kích mở Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn Các Tiristior chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như vậy trong chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất  = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300)

Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, như vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục, còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn Tuy nhiên trong cả hai trường hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng 1/3.Id Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng van khoá dòng điện van bằng 0 Điện áp của van phải chịu bằng điện dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn

Ví dụ: Ở pha A, trong khoảng t = 0 → uA > 0

Tuy nhiên ở các khoảng t = 0 /6 uC > uA

và t = 5 /6 uB > uA

Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng t = /6 ÷ 5 /6 Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở Tương tự với T2 và T3 Thời điểm 0 = t = /6 được gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lưu

3 pha Nếu truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện thì khoảng dẫn dòng của van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2 /3) dẫn đến trị số trung bình của điện

áp chỉnh lưu sẽ giảm đi Khi góc mở càng lớn thì Ud càng nhỏ

2.3 Lựa chọn thiết bị cho mạch động lực

Việc tính chọn thiết bị có một ý nghĩa rất quan trọng cả về mặt kỹ thuật và kinh tế.Việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao được hiệu suất của hệ thống Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được Vì vậy, việc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu câu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị

- Về mặt kinh tế, các thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý

Chọn động cơ có Thông số :

2.3.1 Tính thông số cơ bản động cơ

- Điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

1.(

5,



udm

udm u

I

U

5,17

220

= 1,25()

- Điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức:

1,05,17.1200.2.2

60.220

25,0

2

60

dm dm

U

Trong đó: Lấy  = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn bù

- Vận tốc góc và từ thông định mức:

)/(66,12560

1200 260

2

s rad

n đm



I R U K

đm

đm u đm

56,125

5,17.25,1220

- Mômen định mức và ngắn mạch:

Mômen điện từ của động cơ ở chế độ định mức, bỏ qua tổn hao cơ và sắt từ thì

có thể coi: M = Mcơ ≈ Mđt = KФđm.Iđm = 1,57.17,5 = 27,475(Nm)

Dòng điện ngắn mạch của dộng cơ: Inm = Uđm/Ru = 220/1,25 =176A

Mômen ngắn mạch: Mnm = KФđm.Inm = 1,57.176 = 276,32(Nm)

2.3.2 Chọn van động lực

Hai thông số quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện, các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn

Khi đã đáp ứng được hai thông số cơ bản trên các thông số còn lại có thể tham khảo theo gợi ý sau:

- Loại van nào có sụt áp ∆U nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn

- Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn

- Nhiệt độ cho phép của loại van cao hơn thì khả năng chiụ nhiệt tốt hơn

- Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều

khiển thấp hơn

- Loại van nào có thời gian chuyển mạch bé mạch bé hơn sẽ nhạy hơn Tuy nhiên, trong đa số các van bán dẫn, thời gian chuyển mạch thường tỷ lệ nghịch

với tổn hao công suất

Các van động lực được lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: Dòng tải,

sơ đồ đã chọn, điều khiển tỏa nhiệt, điện áp làm việc Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:

- Điện áp ngược của van:

220

= 188,03(V) Trong đó : + Knv= 2,495 là hệ số điện áp ngược (so với điện áp xoay chiều)

+ Ku = 1,17 là hệ số điện áp tải chỉnh lưu có điều khiển hình tia 3 pha đối xứng

+ Ud = 220v là điện áp tải

+ Khd = 0,58 là hệ số hiệu dụng (Được tra từ bảng 1.2 sách Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất của tác giả Trần Văn Thịnh)

- Với các điều kiện làm việc ở trên ta chọn điều kiện làm việc của van là cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện làm việc đó dòng điện định mức của van cần chọn:

IdmV = Ki Ilv = 4 10,15 = 40,6 (A)  41(A) Trong đó: Ki = 4 là hệ số dự trữ dòng điện

Từ thông số Unv, Idm tính được và theo bảng phụ lục 2 (sách Tính toán thiết kế thiết bị điện tử công suất của tác giả Trần Văn Tiịnh) ta chọn 6 Tristor loại XT2-116-801 với

các thông số:

+ Điện áp ngược cực đại: Un = 800 V

+ Dòng điện địng mức của van: Idm = 50A

+ Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 800 A

+ Dòng điện xung điều khiển: Idk = 0,1 A

+ Điện áp của xung điều khiển: Udk = 3 V

+ Dòng điện rò: Ir = 10 mA

+ Sụt áp lớn nhất của Tiristor ở trạng thái dẫn là: U= 0,2V

+ Tốc độ biến thiên điện áp: 

dt

dU

300V/s + Thời gian chuyển mạch: tcm = 120s

+ Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 1250C

2.3.3 Tính toán máy biến áp chỉnh lưu

Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp có tổ nối dây  /Y làm mát bằng không khí, Việc chọn sơ cấp đấu  có tác dụng sẽ triệt tiêu được sóng điều hòa bậc 3 nên dạng sóng sẽ sin hơn Dựa vào các thông số của tảu và bộ chỉnh lưu ta tính toán các thông số cho máy Máy biến áp được chọn theo điều kiện:

Pdmax = Uđm Id = 220.17,5 = 3850W là công suất cực đại của tải

Thay vào công thức trên ta có:

Sba = Ks.Pdmax = 1,345.3850 = 5178,25W ≈ 5,178(KVA) Vậy ta chọn công suất thiết kế của máy là: Sba = 20(KVA)

- Điện áp sơ cấp máy biến áp (MBA): U1f = Ulưới = 380(V) do sơ cấp đấu 

- Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp được chọn theo biểu thức: U2f =

u

do

k U

(V)

Với Udo =

cos

U

, Ud = Uđm +2.∆Uv + ∆Uba + ∆Udn

Trong đó: - ∆Uv = 0,2V là sụt áp trên mỗi Tiristor

- ∆Uba là sụt áp trên máy biến áp, chọn ∆Uba = 6% Uđm =0,06.220 =13,2v

- ∆Udn là sụt áp trên điện trở dây nối, có thể bỏ qua, ∆Udn ≈ 0

6 , 233

= 237,2 (V) Từ đó ta tính được điện áp pha thứ cấp của máy biến áp là:

2,237 = 202,7(V)

- Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp MBA:

- Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp của MBA:

I1 = Kba.I2 =

f U

U f

1

2.I2 =

380

7 , 202

.10,1 = 5,4(A) Kiểu U1fđm (v) U2fđm (v) Sđm (Kva) I1đm (A) I2đm (A)

2.3.4 Tính chọn cuộn kháng cân bằng

Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha cùng mở Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó có khả năng phá hỏng các Tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế Vì vậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn kháng cân bằng Để minh hoạ ta xét 1 = 300, 2 = 1500:

Hình 2.4 đồ thị điên áp dòng cân bằng Qua hình vẽ ta thấy rằng: Trong khoảng thời gian từ 0 1 dòng cân bằng chảy từ T5 vào T2 Từ 2 3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4

Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là:

 i = [ 6 u2 (cost - cos2)] / 2X (2.2) Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng:

t d t

2

62

3

2 2

2

6 3

2 2

2.3.5 Tính chọn cuộn kháng san phẳng

Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện Ta biết rằng khi góc mở  = /2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc  này Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng

Hình 2.5: Đồ thị điện áp cuộn san phẳng Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết:

Ud = 2 u2sint (2.4) Khai triển Furie của điện áp ud ta có:

Ud = b1sin3t + b2sin6t + + bnsin3nt

b n U d nt dt





.3sin

6 30





n = 1, 2, 3,

b u  nt dt





.3sin3sin2

6

2 3

13

4sin4

1(23

Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều (khi bỏ qua điện cảm của động

cơ và điện trở thuần) là:

(Trong đó: CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng)

)(

6

)(

3

1

2 2

1

1 1

CK CK

d

CK CK

d

L L

U I

L L

U I

Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm

9 , 0 6

4

4 12 22

d CK

U U

Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng:

P = (I2đm + I1 + I2 )RCK = 39 (W) Công suất phản kháng của cuộn kháng:

Q = X1I1 + X2I2 = 56 (VAR) Công suất biểu kiến của cuộn kháng:

S  P2  Q2 = 68 (VA)

2.4 Sơ đồ mạch lực và nguyên lý hoạt động

Như đã phân tích ở trên phương án truyền động tối ưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ là hệ CL – Đ Sơ đồ nối dây mạch chỉnh lưu là chỉnh lưu hình tia 3 pha Mặt khác, theo yêu cầu công nghệ của hệ truyền động thì động cơ làm việc có đảo chiều, nên ta dùng 2 bộ chỉnh lưu có điều khiển song song ngược Việc tiến hành phương pháp điều khiển các bộ biến đổi được tiến hành bằng phương pháp điều khiển chung Ngoài ra hệ còn các phần tử bảo vệ Từ đó ta có thể xây dựng được sơ đồ mạch động lực như sau:

Hình 2.6 Mạch động lực hệ Chỉnh lưu –Động cơ

Nguyên lý làm việc của mạch động lực

Ban đầu để đưa hệ thống vào làm việc ta đóng áptômát AB → hệ thống được cấp

nguồn Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc

Giả sử BBĐ1 (gồm các van: T1, T2, T3) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động

cơ quay thuận; BBĐ2 (gồm các van: T4, T5, T6) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở 1 

900 và BBĐ2 với góc mở 2 900 với quan hệ góc mở: 1 + 2 = 1800

Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2

(2

2 1

2 1

1 1

d d

d

d d

d cb d

d

u u

u

u u

u

u u

icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng

icb này Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn kháng CB1 và CB2 có Lk lớn để đảm bảo Icb 

10% Id

Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ, Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb

Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN

Phần trước chúng ta đã nghiên cứu sự hoạt động sơ đồ mạch động lực bộ chỉnh lưu có điều khiển Như ta đã biết, để các van của bộ chỉnh lưu có thể mở tại thời điểm mong muốn thì ngoài điều kiện tại thời điểm đó trên van có điện áp thuận thì trên cực điều khiển G và K của van phải có điện áp điều khiển (thường gọi là tín hiệu điều khiển) Để

có hệ thống các tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van người ta sử dụng mạch điện tạo ra các tín hiệu đó gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển mạch chỉnh lưu

Điện áp điều khiển các Tiristor phải đáp ứng được các yêu cầu cần thiết về công suất, biên độ cũng như thời gian tồn tại Do đặc điểm của Tiristor là khi van đã mở thì việc tồn tại tín hiệu điều khiển nữa hay không cũng không ảnh hưởng đến dòng qua van

Vì thế hạn chế công suất của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng cực điều khiển tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristor có dạng xung Do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển

Các xung điều khiển được tính toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết để mở van với mọi loại phụ tải có thể có trong sơ đồ làm việc Thông thường độ dài xung thường nằm trong giới hạn 200 μs đến 600 μs

3.1 Chọn phương pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát

xung chính là:

- Phát xung điều khiển theo pha đứng

- Phát xung điều khiển theo pha ngang

- Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc

Piương hiáh hiár xung điều khiển theo nguyên tắh hia đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được