đồ án tbd máy bào giường

Hệ truyền động máy phát - động cơ F - Đ Trong hệ truyền động máy phát _ động cơ F - Đ nguồn cung cấp phần ứng động cơ là bộ biến đổi máy điện máy phát điều khiển kích từ độc lập.. + Khi

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH

KHOA ĐIỆN oOo

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN.

Họ và tên sinh viên: ;

Lớp: DHDDTCK13

Đề tài: Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào giường

1 Các thông số cho trước:

- Chiều dài hành trình bàn : Lb = 7 m

- Tốc độ di chuyển bàn khi cắt gọt : Vth = 14m/phút

- Tốc độ di chuyển bàn : Vng = 3Vth

- Hiệu suất định mức của máy : đm = 0,8

- Vật liệu chi tiết gia công : Thép

- Trọng lượng bàn máy : Gb = 3.103 kg

- Trọng lượng chi tiết : Gct = 7.103 kg

- Bán kính quy đổi lức cắt về trục động cơ điện : 0,01

- Mômen quán tính của các bộ phận chuyển động : 8,6 kg/m2

2 Nội dung thực hiện:

- Tính chọn công suất động cơ

- Lựa chọn phương án truyền động

- Tính chọn thiết bị mạch động lực

- Xây dựng sơ đồ điều khiển và trình bày nguyên lý làm việc của sơ đồ

- Đánh giá chất lượng và hiệu chỉnh hệ thống

- Bản vẽ mạch động lực và mạch điều khiển (A3)

3 Yêu Cầu:

- Thời gian nhận đồ án: 10/10/2020

- Thời gian hoàn thành

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Văn Độ

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với quá trình công nghệp hóa đất nước, yêu cầu tự động hóa trong sản xuấtngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu suất sản xuất cao Mặt khác,vơi công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày càng cao và nhu cầu conngười ngày càng đòi hỏi những sản phẩm sản xuất ra đạt độ chính xác và độ thẩm mỹ cao Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loại luôn đòihỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như: có khả năng tự động hóa cao, độ chính xáctuyệt đối; có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết cấu gọn nhẹ,hiệusuất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo tính kinh tế

Trong quá trình làm đồ án, được sự hướng dẩn tận tình của các thầy cô giáo khoa

Điện đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Độ đã giúp đỡ em rất nhiều trong việc hoàn thiện đồ

án của mình Tuy đã có nhiều cố gắng, song kiến thức và thực tế còn hạn chế nên khó tránhkhỏi những sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo để đồ án của em đượchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày tháng năm 2021

Sinh viên

Trần Văn Song

CHƯƠNG I:

TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

I Cơ sở lý thuyết tính chọn công suất cho động cơ truyền động chính máy bào giường.

là trọng lượn của chi tiết

là khối lượng bàn máy

+ Lực cắt:

- Ở hành trình ngược: ; nên lực kéo tổng là:

Quá trình bào chi tiết ở máy bào giường được tiến hành với công suất gần như khôngđổi P = cosnt Nghĩa là lực cắt lớn ứng với tốc độ nhỏ và ngược lại Tuy nhiên ở những máyhạng nặng thì đồ thị phụ tải có dạng như sau:

Hình 2.1: Đố thị phụ tải của động cơ hạng nặng

b Cơ ở lý thuyết tính chọn công suất động cơ cho truyền động chính máy bào giường.

Việc chọn đúng công suất cho động cơ truyền động chính máy bào giường là hết sứcquan trọng kể cả về chỉ tiêu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế

Nếu chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu thì động cơ phải làm việc

ở chế độ non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp, vốn đầu tư lớn nên có hiệu quảkinh tế thấp Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn yêu cầu thì động cơ luôn bị làm việc ởchế độ quá tải làm giảm tuổi thọ động cơ không đảm bảo năng suất cần thiết, chi phí cho việbảo dưỡng và thay thế tăng nên hiệu quả mang lại cũng thấp Vì vậy, việc chọn đúng công

suất đông cơ truyền động sẽ đáp ứng được các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật cũng như năngsuất của máy.

II Phụ tải truyền động chính.

Vận tốc ở các chế độ cắt:

Vật liệu làm dao bằng thép gió P18, nằm trong khoảng 18 24 nên chọn

Vật liệu gia công là thép tra bảng ta có:

Công suất ở đầu trục động cơ ở chế độ cắt 2:

Từ những số liệu tính toán ở trên ta nhận thấy:

Vậy ta chọn công suất định mức của động cơ thỏa mãn là: 25,5(kW)

Mặt khác, hệ thống phương án truyền động đã chọn là hệ truyền động động cơ mộtchiều dùng phương pháp chỉnh lưu Đồng thời, trong thực tế, để động cơ làm việc an toàn,người ta phải dự trữ một hệ số án toàn cho động cơ

Ở đây ta chọn hệ số an toàn là: = 1,05

Do đó: = 1,05 = 1,05.25,5 = 26,7 (kW)

Như vậy ta có thể chọn động cơ loại : 91

Kiểu ( kW) (V) (A) (V/ph) (A) (Kg.mJ 2)

VI Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần và kiểm nghiệm động cơ đã chọn

1 Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần

Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn có thỏa mãn với điều kiện làm việc làm việckhông ta có thể kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng của động cơ Muốn vậy ta phải xâydựng được đồ thị phụ tải toàn phần của động cơ: I = f(t) Trong đó có xét đến cả chế độ làmviệc xác lập và chế độ quá độ của động cơ

Muốn vậy ta tiến hành theo trình tự như sau:

+ Công suất đầu trục động cơ khi không tải hành trình thuận:

=

Với: = = = 78,5 (rad/s)

= = = 2,66 (Vb)Suy ra: = = 2,66.222 - = 55,5 (N.m)

+ Xác định momen của động cơ khi đẩy tải ở hành trình thuận:

= = = + = 55,5 +

= 521,4(N.m)+ Xác định dòng điện lúc không tải:

+ Xác định các khoảng thời gian làm việc:

_ Thời gian quá độ:

=

Trong đó: j = 10,3 + 8,6 = 18,9 (kg/m2)

: Là dòng điện phụ tải động cơ

Với các khoảng thời gian t1, t9, t12, t14 động cơ không mang tải nên Ic =

b Kiểm nghiệm động cơ đã chọn

+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát sóng:

=

Ta có:

= (t1 + t4 + t6 + t9 + t12 + t14)+ (t2 + t8)+(t3 + t5 + t7)+(t11 + t13)

=5552.(0,12.3 +0,26.2+0,74+0,45)+20,82.(0,1+0,1)+1962.(24+0,072)+35,62.(0,18+9,6)

=1574843

Suy ra: Iđt = = 208,8 (A)

Kiểm tra theo điều kiện Iđt Iđm cho thấy:

Iđm = 222(A); Iđt = 208,8 (A)

Vậy động cơ thỏa mãn điều kiện phát nóng

+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về momen

Suy ra: thỏa mãn

Kết luận: Động cơ đã chọn thỏa mãn các chỉ tiêu yêu cầu.

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

I Khái niệm chung.

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngàymột đa dạng dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi sự chính xác vàtin cậy cao Một hệ thống truyền động không những phải đảm bảo được yêu cầu công nghệ,

mà còn phải ổn định Tùy theo loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau, rất cầnthiết cho giữ ổn định tốc độ, momen với độ chính xác nào đó trước sự biến động về tải vàcác thông số nguồn Do đó bố biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều đã vàđang được sử dụng rộng rãi

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như hệ thống máyphát, khuyếch đại từ, hệ thống van… Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khácnhau với những ưu điểm khác nhau Do đó để có được một phương án phù hợp với từngloại công nghệ đòi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh những chỉ tiêu kinh tế _ kỹ thuật để đưa

ra phương án tối ưu

1 Nội dung phương án.

Trên thực tế, có rất nhiều phương án để giải quyết Tuy nhiên mỗi phương án cónhững ưu nhược điểm của nó Nhiệm vụ của nhà thiết kế phải chọn ra phương án tối ưunhất

Đối với những hệ truyền động điện đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cầndùng động cơ điện xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản Với hệ thống truyền độngphức tạp có yêu cầu cao về công nghệ, chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộngthì phải dùng động cơ điện một chiều Các hệ điều chỉnh kèm theo phải đảm bảo các yêucầu công nghệ và có khả năng tự động hóa cao

Như vây, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp thì chúng ta phải dựa vào côngnghệ của máy, công suất làm việc để đưa ra những phương án cụ thể để đáp ứng yêu cầucủa nó Để chọn được phương án tốt nhất trong các các phương án đề ra thì cần phải so sánh

về kỹ thuật và kinh tế

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn.

Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa đắc biệt quan trọng, nó được thểhiện qua các mặt

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy sản xuất

+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy

+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất

+ Dễ dàng sữa chữa, thay thế khi xảy ra sự cố

II Các phương án truyền động.

1 Hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)

Trong hệ truyền động máy phát _ động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng động cơ

là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập)

Sơ đồ nguyên lý:

Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F Nghĩa

là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn dây động

cơ KT Đ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đó điện áp phát racủa máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RK Đ dùng để điều chỉnh dòng kích

từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông

Phương trình đặc tính cơ của động cơ Đ:

+ Có khả năng điều chỉnh rất cân bằng

+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình nàyđược thực hiện trên mặt kích từ

+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dễ dàng

+ Có khả năng quá tải cao

+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn

+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ

+ Có khả năng giữ cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làmviệc

_ Nhược điểm:

+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnhchiếm nhiều diện tích.

+ Tổng công suất đặt lớn

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trễ nên khó điều chỉnhsâu tốc độ

2 Hệ truyền động tiristo - Động cơ(T-Đ):

+ Hoạt động của hệ thống:

- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ

- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ,

sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu

- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưavào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng caotính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống

+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế

+ Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6 ¸ 0,65)

+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn haophụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới.

+ Mạch điều khiển phức tạp

III Chọn phương án truyền động.

Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động

F - Đ và T - Đ.Ta thấy: Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm riêng và nhược điểmriêng Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thyristor là phươngpháp linh hoạt nhất hiện nay Nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từcác khí cụ không tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoảmãn yêu cầu công nghệ

Dùng thyristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F - Đ cũngnhư các hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được Nhờ BBĐ thyristor mà cáctrạng thái cưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn Vì thyristor không

có quán tính nên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặctrưng bởi hai lượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làmviệc của máy và quán tính điện trở của máy phần ứng

Do đó so với hệ F - Đ sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta

có thể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ, để gia công các sảnphẩm với chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng,luôn sẵn sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do

vậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động cho bàn máy của máy bào giường

IV Chọn sơ bộ mạch động lực.

1 Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển.

Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trường hợp phải sử dụng nguồn điện áp mộtchiều có trị số thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tùy thuộc mục đích sửdụng 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 riêngkhá 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

a Sơ đồ dây hình tia.

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế.

Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia.

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 xoaychiều Nếu điện cực nối chung là katot, ta có sơ đồ katot chung, nếu điện cực nối chung làanot, ta có sơ đồ nối anot chung

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

là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu

b Sơ đồ hình cầu.

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế.

Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:

Số van chỉnh lưu bằng hai lần số pha của điện áp nguồn cung cung cấp, trong đó có mvan có katot nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn: m van cóanot chung (2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu Mỗi pha của điện áp nguồn nốivới 2 van, 1 ở nhóm anot chung, 1 ở nhóm katot chung

2 Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều - một chiều.

a Sơ đồ tia.

Xét sơ đồ tia 3 pha katot nối chung

Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện

Điện áp Anot - Katot phải dương (UA > 0)

Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katot của van Do đặc điểmvừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định

Ví dụ: Ở pha A, trong khoảng wt = 0 áp uA > 0

Tuy nhiên ở các khoảng wt = 0 áp / 6 đ uC > uA và wt = 5p/6 áp đ ub > uA

Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng wt = p/6 áp 5p/6 Trongkhoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở Tương tự với T2 và T3

Thời điểm a0 = wt = p/6 được gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lưu 3pha Nếu truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện thìkhoảng dẫn dòng của van sẽ thay đổi ( nhỏ hơn 2p/3) dẫn đến trị soostrung bình của điện ápchỉnh lưu sẽ giảm đi Khi góc mở a càng lớn thì Ud càng nhỏ

b Sơ đồ cầu.

Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét Để có dòng qua phụ tải thì trong

sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anot chung, một ở nhóm katot chung.Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch

thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van

có thể dẫn dòng khi có xung điều khiển: Van ở nhóm katot chung nối với pha có điện ápdương nhất và van ở nhóm anot chung nối với pha có điện áp thấp nhất Thời điểm mở tựnhiên của sơ đồ cầu cũng được xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng

Để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều tat hay đổi thời điểm đưaxung điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng của vanlàm điện áp trung bình của chỉnh lưu thay đổi

Đặc điểm của các sơ đồ hình tia ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứng với(là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầulàm việc) dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đó dòng điện trongmạch phụ tải được xác định bởi sứa điện động pha làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áptrong bộ biến đổi thì được xác định bởi độ sụt áp trên pha đó

Ở sơ đồ cầu, bên ngoiafchu kỳ chuyển mạch vẫn có han van làm việc đồng thời.Dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dưới tác dụng củahiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng của sức điện động dây.Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gialàm việc Trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu Eđ ở trạng thái dòng điện liên tụcđược xác định như sau:

Eđ = Eđm.cos

Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với trường hợp = 0

Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu là: Eđm1 = 1,17E2f Với sơ đồ cầu là Eđm2 = 2,34E2f

Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp

Kết luận: Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lưu cầu 3pha.

3 Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều.

Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m ) lần trong một chu kỳ của điện áp

nguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại như vậy (tùy thuộc sơ đồchỉnh lưu là tia hay cầu, số pha chẵn hay lẽ) Như vậy chỉ cần biết dòng và áp trên tải trong

khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tương đương góc độ điện 2p/q (q = 2m hoặc q = m).

Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong một khoảngthời gian làm việc của một van

Hình 2.5: Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong khoảng thời gian làm việc của van.

U: Tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các vanđang đãn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét

Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf

Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van mở ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud

Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đồ thì u =

Um.sin(wt + y)

+ Um: Biên độ điện áp nguồn ( pha hoặc dây)

+ y: Góc pha đầu, được xác định: y = p/2 - p/q + a

T đặc trưng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là một van, sơ đồ cầu là 2 van nốitiếp nhau, bỏ qua sụt áp trên van

Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc id > 0 ta có chế độ dòng tải liên tục

Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q tải khác không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu) ta có chế độ dòng tải gián đoạn.

Chế độ giới hạn giữa hai chế độ nên được gọi là chế độ dòng biên liên tục

4 Đảo chiều trong hệ thống T- Đ

Trong nhiều trường hợp cần phải thay đổi được chiều dòng điện qua phụ tải của bộchỉnh lưu Do tính dẫn dòng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng contactor hoặc

sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm hai bộ chỉnh lưu, mỗi bộ dẫn dòng theo một chiều

Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược Về mặtnguyên 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 tảiđược đổi chiều Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với phương phápđiều khiển khác nhau.

Để điều khiển 2 BBĐ song song ngược có thể sử dụng:

Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): là sử dụng hi bộ phát xung độc lập nhau.Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do đó các vantrong BBĐ còn lại không thể mở được Khi cần đảo chiều thì cho bộ này nghỉ, sau đó cho

bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ 2 Phương pháp điều khiển này có nhượcđiểm là tần số đảo chiều không cao vì các van Thyristor cần có thời gian để khôi phục đặctính khóa của nó

Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ trong đó một

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

Hình 2.6: Sơ đồ nối song song ngược của hệ thống CL - Đ đảo chiều quay.

Chọn phương pháp điều khiển chung

V.thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động.

1.nguyên lý hoạt động mạch điện

a.Nguyên lý khởi động

Hình 2.7: Đồ thị biểu diễn trạng thái khởi động của động cơ + Khi cấp Uđk thì điện áp đầu vào Δ = lúc này điện áp điều khiển khác không, điện áp

phần ứng khác không(  0) dòng điện trên phần ứng động cơ đạt giá trị cực đại( = )

+ Khi I > thì động cơ tiếp tục tăng tốc và lúc này điện áp phần ứng > , nên khâu phản hồi

âm dòng có ngắt tham gia, động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có phản hồi âm dòng điện.Trong khi tốc độ tăng, dòng điện = giảm dần, khi dòng giảm nhỏ hơn hoặc bằng , lúcnày động cơ tăng tốc trên đặc tính 2 phản hồi âm tốc và âm dòng, khi dòng phần ứng động

cơ tăng đạt giá trị bằng hoặc bé hơn dòng điện ngắt thì khâu phản hồi âm dòng không thamgia mà chỉ có phản hồi âm tốc tham gia, lúc này dòng điện > động cơ vẫn tăng tốc trênđường đặc tính 1 phản hồi âm tốc, khi thì động cơ làm việc xác lập Đồ thị biễu diễn trạngthái khởi động của động cơ như sau:

b.Nguyên lý điều chỉnh tốc độ

+Điều chỉnh tăng tốc độ

-Tăng tốc một lượng nhỏ ( Id < Ing) + Tăng một lượng nhỏ Ucđ  ΔUv tăng(nhỏ)  Uđktăng  góc mở α giảm  Ud tăng Id tăng bé hơn Ing Động cơ làm việc trên đặc tínhmột phản hồi âm tốc

Hình 2.8: Đặc tính tăng tốc một lượng nhỏ của động cơ

-tăng tốc một lượng trung bình ( < < ) + Tăng một lượng  Δtăng(nhỏ)  tăng  góc

mở α giảm  tăng  tăng lớn hơn nhưng bé hơn thì trong khoảng từ đến động cơ tăngtốc trên 2 đặc tính một phản hồi âm dòng và phản hồi âm tốc, còn trong khoảng từ Ic đếnIng động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có phản hồi âm tốc (hình 6.3a)

- Tăng tốc mộ lượng lớn ( > ) + Tăng một lượng  Δ tăng(nhỏ)  tăng  góc mở α giảm

 tăng  tăng lớn hơn Ibh lúc này động cơ tăng tốc trên 3 đoạn đặc tính:

+ Đoạn I: Từ  : Động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có âm dòng tham gia.+ Đoạn II: Từ  : Động cơ tăng tốc trên đặc tính có hai phản hồi tham gia.+ Đoạn III: Từ  : Động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có âm tốc tham gia

1 Nguyên lý hãm dừng động cơ

+ Ngừng cấp điện áp chủ đạo =0=> Δ=0=>=0.Góc mở =0=> =0=> Dòng điện trongđộng cơ đảo chiều có giá trị > do đó quá trình hãm thì động cơ trải qua 3 giai đoạnnhư trên đường đặc tính

Hình 2.11: Đặc tính hãm dừng của động cơ

1 Nguyên lý đảo chiều quay.

Do bình thường bộ I đang ở chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải là dòng của bộ chỉnhlưu I : = , bộ II không có dòng = 0, vì chiều dòng này chạy ngược chiều nên khôngthể chảy được Khi cần đảo chiều phải điều khiển tăng dần góc điều khiển tươngứng giảm dần theo điều kiện =

Do tăng lên nên giảm, trong khi đó s.đ.đ không giảm nhanh bằng ( thí dụ do quántính động cơ ), dẫn đến > , do đó:

và chuyển sang chế độ chỉnh lưu điện áp đã đổi dấu, bộ chỉnh lưu CLI chuyển sangchế độ nghịch lưu phụ thuộc, quá trình đảo chiều kết thúc Phương pháp điều khiểnchung cho phép đảo chiều nhanh do hai bộ chỉnh lưu luôn đồng thời hoạt động

Khi ta đảo chiều điện áp chủ đạo =- thì Δ đảo chiều => đảo chiều đảo chiều ,ta có =

= <0

+ Dòng điện phần ứng lúc này có giá trị : > do đó động cơ sẽ trải qua giai đoạn hãm sau đó

mới chuển sang giai đoạn quay theo chiều ngược.(đặc tính

Hình 2.12: Đặc tính đảo chiều động cơ

CHƯƠNG III TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 3.1: mạch chỉnh lưu cầu 3 pha

Người ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở của cácThyristor

Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm:

Hình 3.2: Đồ thị dạng sóng chỉnh lưu cầu 3 pha.

Hoạt động của sơ đồ:

Giả thiết T5 và T6 đang cho dòng chảy qua

VF = vc

VG = vb

Khi = = + cho xung điều khiển mở T1 Thyristor này mở va >0

Sự mở của T1 làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì va > vc Lức này T6 và T1

cho dòng chảy qua Điện áp trên tải:

Khi = = cho xung điều khiển mở T2 Thyristor này mở vì khiT6 dẫn nó đặt vb lênanot T2

Các xung xung điều khiển lệch nhau /3 được lần lượt đưa đên cực điều khiển của cácThyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, …Trong mỗi nhóm, khí một Thyristor mở nó sẽ khóangay tiristor dẫn dòng trước nó:

Thời điểm = + mở T1 khóa T5

Thời điểm = + mở T2 khóa T6

Thời điểm = + mở T3 khóa T1

Thời điểm = + mở T4 khóa T2

Thời điểm = + mở T5 khóa T3

Thời điểm = + mở T6 khóa T4

Giá trị trung bình của điện áp tải:

+ Điện áp chỉnh lưu lớn thì ta thường dùng sơ đồ này

Sử dụng được hết công suất biến áp

II Tính chọn Thysistor.

Theo đề bài cho: Uđm = 220 (V), Pđm = 42 (kW) ta tính được:

Iđm = 222 (A)Tính chọn Thyristor dựa vào các yếu tố cơ bản là dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều kiệntỏa nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản củ van được tính đến như sau:

+ Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu

Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng Khd = 1/3

Uđm - Điện áp ngược cực đại của van

Iđm - Dòng điện định mức của van

Ipik - Đỉnh xung dòng điện

Ig - Dòng điện xung điều khiển

Ug - Điện áp xung điều khiển

Ih - Dòng điện tự dữ

Ir - Dòng điện rò

U - Sụt áp trên tiristor ở trạng thái dẫn

Du/Dt - Tốc độ biến thiến điện áp

Ts - Thời gian chuyển mạch (mở và khóa)

Tmax - Nhiệt độ làm việc cực đại

III Tính toán MBA chỉnh lưu

1.Tính các thông số cơ bản

Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây / Y làm mát bằng không khí tự nhiên

+ Điện áp pha sơ cấp MBA:U 1 =380(V)

+ Điện áp pha thứ cấp MBA

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải

Udocosmin=Ud+2 Uv + Udnba

min=10 0 là góc d ự trữ khi có suy giảm diện áp lưới

 Uv=2(V):sụt áp trên van

 Udn=0: sụt áp trên dây nối

 UbaU r U x sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA

Sba - Công suất biểu kiến MBA (VA)

Ks - Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, Ks = 1,05

2 Tính toán sơ bộ mạch( xác định kích thước bản mạch từ)

+Tiết diện sơ đồ trụ

Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 (mm)

Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1(T)

Chọn tỉ số m = h/d = 2,3 Suy ra h = 2,3d = 2,3.12 = 28 (cm)

Vậy chọn chiều cao trụ 28(cm)

3 Tính toán dây quấn

+ Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA

+ Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA

S1 = I1/J1 = 63,4/2,75 = 23(mm2)

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hóa tiết diện theo chuẩn S1

=24,2 (mm2)

Kích thước dây có kể cách điện: S1cd = a1.b1 = 3,24.7,47 (mm.mm)

+ Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp

Kích thước dây có kể cách điện: S2cd = a2.b2 = 5,34.16,1 (mm2)

+ Tính lại mậtđộ dòng điện trong cuộn thứ cấp

J2= = = 2,71 (A/mm2)

4.Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

W11 =

Trong đó:

h - Chiều cao trụ, chọn chiều cao trụ = 25 cm

hg - Khoảng cách từ gồng đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ hg = 1,5 cm

ke - Hệ số ép chặt: ke = 0,95Thay số:

W11 = 0,95 = 40,42 (vòng) 41 (vòng)

+ Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp

n 11 = = = 3,2 (lớp)

Chọn số lớp n11 = 4 (lớp) Như vậy chia thành 3 (lớp) mỗi lớp có 33 vòng

+ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp

h1 = = = 18,3 (cm)

Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày S1 = 0,1 (cm)

Khoảng cách từ trụ đến cuộn sơ cấp: a1 = 1(cm)

Đường kính trong của ống cách điện:

Dt = dfe +2a1- 2s1 = 10+ 2.1 - 2.0,1= 11,8 (cm)Đường kính trong của cuộn sơ cấp

D11 = Dt + 2s1 = 11,8 +2.0,1 = 12 (cm)Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd11= 0,1(cm)

Bề dày cuộn sơ cấp

Bd1 = (a1 + cd11).n11 = (1,35 +0,1).3,2 = 4,64 (mm) = 0,464(cm)Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp

Dn1 = D11 + 2.Bd1 = 12 + 2.0,464 = 12,93 (cm)Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp

Dtb1= = = 12,5 (cm)Chiều dài dây quấn sơ cấp

L1 = W1 Dtb = 133 12,5 = 5205 (cm) = 52,05(m)Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cdnl = 1 (cm)

5 Kết cấu dây quấn thứ cấp

+Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp

h2 = = = 18,9 (cm)Đường kính trong của cuộn thứ cấp

D12 = Dnl +2a12 = 12,93 +2.1 = 15,03 (cm)Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp: cd22 = 0,1 (mm)

Bề dày cuộn thứ cấp

Bd2 = (a2 + cd22).n12 = (0.181 + 0,01).1,4 = 0,267 (cm)Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp

Dn2 = Dt2 +2.Bd2 = 15,03 + 2.0,267 = 15,56(cm)Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp

Dtb2 = = = 15,3 (cm)Chiều dài dây quấn thứ cấp

L2 = W2.Dtb2 = 36.15,3 = 1730(cm) = 17,3(m)

6 Các thông số của MBA

+ Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 75 0 C

R1 = = 0,02133 = 0,05 (Ω) = 0,02133 (Ω mm2/m)

Khi góc mở lớn nhất = thì điện áp trên tải là nhỏ nhất

Udmin = Ud0.cosmax Tương ứng với tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin

Udmin =

Udmin = = 34(V) = arccos = arcos ( = 820

2 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc

Ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao càng lớn,

có nghĩa là đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng lên Sự đập mạch này làm xấu chế

độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ

Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để

K

M D CB1

K K K

2 Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn

Khi làm việc với dòng điện có dòng điện chạy qua trên van có sụt áp, do đó có tổnhao công suất p, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn chỉđược phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép Tcp nào đó, nếu quá nhiệt độ cho phép thì cácvan bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thửng về nhiệt,

ta phải chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lý

p - tổn hao công suất (w)

- độ chênh lệch so với môi trường

chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C Nhiệt độ làm việc cho phép của Thyristor Tcp =

1250C Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt Tlv = 800C

= Tlv - Tmt = 400C

Km hệ số tản nhiệt bằng đối lưu và bức xạ Chọn Km = 8 [w/m2.0C]

Vậy Sm = 1,032 (m2)

Chọn loại tản nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh ab = 2525 (cmcm)

Tổng diện tích tản nhiệt của cánh: S = 12.2.25.25 = 1500 (cm2)

3 Bảo vệ quá dòng cho van

Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động đóng mạch khi quá tải và ngắnmạch Thyristor, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch

Iqt = 1,5 Ihd = 248 (A)Chọn cầu dao có dòng định mức

Iqt = 1,1 .Idl = 1,1 63,3 = 121 (A)

Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sử chữa hệ thống truyền động

+ Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristor, ngắn mạch đầu

ra của bộ chỉnh lưu

Nhóm 1cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 1cc

I1cc = 1,1 I2 = 1,1.234 = 258 (A)Nhóm 2cc: Dòng điện định mức dây chay nhóm 2cc

I2cc = 1,1 Ihd = 1,1 165,1 = 182 (A)Nhóm 3cc: Dòng điện định mức dây chảy nhóm 3cc

I3cc = 1,1.Id = 1,1.286 = 314,6 (A)Vậy chọn cầy nhẩy nhóm: 1cc loại 300A

2cc loại 200A 3cc loại 350A

4 Bảo vệ quá điện áp cho van

Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt Thyristor được thức hiện bằng cách mắc R

- C song song với Thyristor Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp dẫnphóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanhchóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làmcho quá điện áp giữa Anot và Katot của Thyristor Khi có mạch R - C mắc song song vớiThyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristorkhông bị quá điện áp

Hình 3.4: Mạch R - C bảo vệ quá điện áp cho van

Theo kinh nghiệm R1 = (5 30) Ω ; C1 = (0,25 4) F

Chọn tài liệu [4]: R1= 5,1 Ω , C1 = 0,25 F

R C R C

Hình 3.5: Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới

+ Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc R - C như hình 3.5 nhờ có mạch lọc này

mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây

+ Trị số RC được chọn: R2 = 12,5 Ω ; C2 = 4 F