Xem mẫu
- Đồ án: thiét kế hệ thống trang bị điện cho
truyền động ăn dao của máy doa vạn năng
2620B
- Mục lục
Lời nói đầu.............................................................................................1
ChươngI : Giới thiệu về công nghệ máy doa ..............................................3
ChươngII:Chọn phương án truyền động.tính chọn công suất động cơ và
mạch lực………………………………………………………………...6
ChươngIII: Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống..............................................19
Chương IV: Thiết kế mạch dieu khien……………………………………..23
- Lời nói đầu
Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời
kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những
khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ
tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề. Đất nước đang cần sức
lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó
có những kỹ sư tương lai.
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt
của x• hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được
những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện
tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách
sau rộng.
Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hoá - cung
cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước kết thúc môn học, để hệ thống
hoá lại những kiến thức đ• được học cũng như có điều kiện tiếp cận với
những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất,
đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu
và thiết kế.
Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề
là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo
quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đ• hoàn thiện hoặc còn phù hợp,
cải tạo và thay thế những phần đ• lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để
cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho
năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án
thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn
năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho
máy. Bản đồ án gồm 5 phần:
Chương I: Tìm hiểu công nghệ của máy
Chương II: Tính chọn phương án truyền động và công suất động
cơ
Chương III: Tổng hợp hệ thống truyền động
Chương IV: Thiết kế mạch điều khiển
Chương V: Mô phỏng hệ thống bằng Matlap Simulink
Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân
nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán logic
và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách
- logic,gọn nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ
những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm
vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn
những khiếm khuyết. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy
cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Trong qúa trình làm đồ án em đ• nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn
bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Lấ MINH HÀ, và các
thầy cô trong bộ môn tự động hoá của trường. Em xin chân thành cảm ơn
sự giúp đỡ này.
Tác giả thiết kế
Sinh Viên
Chương i
giới thiệu công nghệ của máy doa
I- chức năng và công dụng của máy doa
Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phương pháp gia
công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đ•
được khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy
doa còn có thể được dung để phay.
Doa là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ
6- 9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1.
II- phân loại máy doa
Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của
máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô (
khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi
doa.
Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song
song hoặc trục thẳng góc với nhau.
Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ
chuyên môn hoá khác nhau.
- Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra :
- + Máy khoan , khoét
+ Máy doa
- Phân loại theo chuyển động :
+Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng
+Doa ngang: dao quay theo phương nằm ngang
- Phân loại theo mức độ trang bị điện :
+Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc
độ về điện.
+Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng
cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ
thống hở.
+Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển
theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình . Đây là loại máy
doa gia công có độ chính xác rất cao.
- Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ,ta có:
+Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn
+Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn
+Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn.
III giới thiệu máy doa 2620B
1-Giới thiệu máy
Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ
ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì
nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện
hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng
công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên
công sau:
- Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng
vuông góc với nhau có độ định tâm cao.
- Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt
đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được
truyền từ trục chính.
-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 nặng nề nhất.
- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong
,phay mặt ngoài.
2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa
a, Truyền động chính
- Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá
dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc,
thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY
Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ
hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ
được đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn
khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương
pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí.
Động cơ chính được h•m ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút
thử máy.
b, Truyền động ăn dao
Bao gồm các truyền động:
- Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang.
-Chuyển động sang trái.
-Chuyển động sang phải
Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các
chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ
độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy
doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao.
c, Các truyền động phụ
- Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ
KĐB ro to lồng sóc.
- Các truyền động bơm nước, bơm dầu...
Chương II
tính chọn phương án truyền động và công suất động cơ
I. Tính chọn công suất động cơ truyền động.
Việc chọn đúng công suất động truyền động là hết sức quan trọng.Nếu
chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ
tăng,động cơ thường xuyên chạy non tải làm cho hiệu suất và hệ số công
suất thấp.Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ
- không đảm bảo năng suất cần thiết,động cơ thường phải chạy quá tải,làm
giảm tuổi thọ động cơ,tăng phí tổn vận hành do phải sửa chữa nhiều.
Dựa vào các số liệu đ• cho ta có thể tính được công suất động cơ:
+Lực ăn dao: Fad = 50 000 N
+Tốc độ ăn dao: Vad = 2 500(mm/ph)=0,033.10-3 8,333.10-
3(m/s)
+Bán kính qui đổi ( =v/ ) 0,00006(m).
+Hiệu suất: = 0,8
+Mô men quán tính cơ cấu ( j ): 0,01(kg/s2)
Công suất ăn dao của máy doa: Pad = Fad.Vad (W)
Pad =50 000.8,333.10-3 =416,65 (W)
Công suất động cơ truyền động ăn dao (với hệ số dự trữ là 1,3)
Pc =1,3. (W)
Tốc độ động cơ:
Đ= =
(rad/s)
nĐ=9,55. Đ= 9,55.138,9=1326(vg/ph)
Tớnh mụmen động cơ:
Nm
Theo tính toán ở trên ta chọn động cơ cho truyền động ăn dao của máy
doa như sau:
*M• hiệu 31
*Pđm = 1 (KW)
*nđm = 1000 (vg/ph)
*Iđm =5,7(A)
*Uđm =220 (V)
*Rư +Rp=3,17 ( )
*p =2: (Số đôi cực)
*Iktđm=0,49(A)
*nmax=2000(vg/ph)
*J =0,116 (kgm2 ):J là mômem quán tính của phần ứng
Kiểm nghiệm cụng suất động cơ đó chọn
Kiểm nghiệm cụng suất.
Ta cú: 1 kW = PĐC >Ptt = 0,677 kW.
Như vậy động cơ đó chọn thỏa món về cụng suất
Kiểm nghiệm mụmen.
- Ta cú:
=> Mđm = kфđmIưđm = 1,45.5,7 = 8,26 Nm
Ta nhận thấy Mđm > Mcmax = 3,75 Nm
Vậy động cơ đó chọn thỏa món yờu cầu về momen.
II. 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 loạt các hệ truyền
động có thể thoả m•n yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ
thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án
duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động 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 ăn dao
của máy tiện 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 thyristor- động cơ một chiều(Hệ T-Đ).
+ Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phương pháp
điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ)
1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) là hệ truyền động điện mà
bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát
điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và
coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ.
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên Hình 2.1. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của truyền động ăn dao máy tiện M được cấp
điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi
là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ
máy phát iKF hoặc kích từ động cơ iKĐ thì điều chỉnh được tốc độ của
hệ thống.Đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ.
* Ưu điểm:
+Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc
rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
- +Điều chỉnh tốc độ được cả hai phía:Điều chỉnh dòng kính từ máy máy F
và dòng kích từ động cơ Đ.
+Có thể thực hiện được các chế độ làm việc:Động cơ,h•m tái sinh,h•m
động năng và h•m ngược.
*Nhược điểm
+Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phi lắp đặt,gây tiếng ồn.
+Máy phát một chiều có từ dư nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều
chỉnh sâu tốc độ.
2. Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor - Động cơ một chiều(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 đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông
qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor.
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu
thyristor. Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động
cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ 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).
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên
tục:
Độ cứng của đặc tính cơ là trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng
động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ Rư và điện trở các phần tử
trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ). UV:tổng điện áp rơi trên
van.
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển :
*Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây
ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất
rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động
điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các
đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn
- 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 truyền động có công suất lớn còn làm xấu
dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ
nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.
3. Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng r•i trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn
so với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của
công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động
cơ KĐB mới khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền
động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ.
Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và
phần ứng không tách biệt, từ thông động cơ cũng như mômen động cơ
sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động
truyền động điện KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến
mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền động điện động cơ không
đồng bộ, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của
truyền động điện một chiều. ứng dụng chủ yếu của các thiết bị bán dẫn
công suất để điều chỉnh tốc độ xoay chiều là các bộ nghịch lưu có tần số
thay đổi. Để có được các đặc tính điều khiển có thể so sánh được với đặc
tính động cơ một chiều, cần sử dụng thiết bị điều khiển và thiết bị công
suất phức tạp hơn. Do đó, ta thường sử dụng truyền động điện xoay chiều
cho các hệ truyền động có tốc độ không đổi.
Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ – ĐK diểu chỉnh tấn số
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành
công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao
tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều
nói chung và động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị
cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của
nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất
là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao như máy ly tâm, máy mài... Đặc
- biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn
cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết
cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi
trường. Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển
rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận điện từ lưới
chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần
số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thường sử dụng hai loại biến
tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp
(có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể sử
dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ
biến đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha.
a) Biến tần trực tiếp
Có sơ đồ cấu trúc đơn giản ( Hình 2.4a). Điện áp vào xoay chiều u1 (tần
số f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì
vậy, loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một
lần biến đổi điện năng và cho phép thực hiện h•m tái sinh năng lượng mà
không cần có mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện
điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng
điện áp gần hình sin. Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lượng
van lớn đối với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ
thuộc vào tần số vào f1, số pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của
các van ở mỗi nhóm van.
Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều
chỉnh tần số f2 f1. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f2
f1 nhưng mức độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp hay
được dùng cho truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí
dụ để cung cấp cho các động cơ rôtor lồng sóc, các động cơ rôtor dây
quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ...
Hình 2.4 Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lưu độc lập (b)
b) Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian một chiều) – nghịch lưu độc
lập: Sơ đồ cấu trúc được trình bày trên (Hình 2.4b). Trong loại biến tần
này, điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành điện áp một chiều
nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều
với tần số f2. Việc biến đổi năng lượng hai lần làm giảm hiệu suất biến
tần. Song, loại biến tần này cho phép thay đổi dễ d•ng tần số ra f2 không
phụ thuộc vào tần số vào f1 trong một dải rộng cả trên và dưới f1 vì tần
- số ra chỉ phục thuộc vào mạch điều khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ
điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại transistor
đ• cho phép phát huy tối đa các ưu điểm của loại biến tần này. Vì vậy, đa
số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch lưu độc lập với nguồn cung
cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp. Tuy nhiên, nếu sử dụng van thyristor
vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá van.
*Biến tần nguồn áp: Nghịch lưu điện áp có đặc điểm dạng điện áp
ra tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính
chất tải. Nguồn áp được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu với đầu ra được nối
song song với một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít
bị thay đổi và để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của
động cơ. Điện áp ra của nghịch lưu điện áp không có dạng hình sin mà
đa số là dạng xung chữ nhật. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải
được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch
lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ
thuộc vào lưới điện.
*Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh
động cơ xoay chiều, nguồn dòng thường được sử dụng cho các hệ thống
công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các
van điều khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, được sử dụng
rộng r•i để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng
sóc.Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy,
mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện h•m tái sinh động cơ. Khi làm việc
với tải là động cơ xoay chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn
tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha.
Trong thực tế, thường sử dụng các van điều khiển không hoàn toàn, vì
vậy cần có các mạch khoá cưỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm chuyển
mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều
chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng.
Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, tức là
dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều
khiển. Nguồn dòng thường được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu có đầu ra
nối tiếp với điện cảm có giá trị lớn.
Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha 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 ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu
Thyristor - động cơ một chiều.
III.Tính chọn mạch lực.
1.Chọn máy biến áp.
- Điện áp sơ cấp biến áp:
U1=380V
- Điện áp thứ cấp biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Udo .cos min=Udo +2 Uv + Udn + Uba
Trong đó:
min=150 là góc dự trữ khi có sự suy giảm lưới điện.
Uv =1,6Vlà sụt áp trên Tiristor
Udn 0 là sụt áp trên dây nối
Uba là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
chọn sơ bộ: Uba=6%Ud=6%.380 =22,8V
Udo =
Vậy: U2=
- Công suất biểu kiến máy biến áp:
S = Ks.Pdmax=
- Dòng điện thứ cấp MBA:
I2=1,11.Id =1,11.5,7 =6,33(A)
- Dòng điện sơ cấp MBA:
I1=kba .I2 =
2. Chọn Tiristor
-Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu:
d
-Điện áp ngược của Tiristor cần chọn:
Unv=KdtU.Ungmax=1,8.210 =3,78(V)
-Dòng điện làm việc của van:
Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng
- - Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ
diện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khí,với điều kiện đó
dòng điện định mức của van cần chọn:
Iđm=ki.Ilv=3,2.3,3=10,56(A)
(ki là hệ số dự trữ dòng điện,chọn ki=3,2)
* Từ các thông số Unv , Iđmv ta chon van loại SKT10/100 có các
thông số sau:
Điện áp ngược cực đại của van Ungmax= 300(V)
Dòng điện định mức của van Iđm= 10(A)
Đỉnh xung dòng điện 200(A)
Dòng điện của xung điều khiển 70(mA)
Điện áp của xung điều khiển 3(V)
Dòng điện rò 3(mA)
Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn U = 2,1(V)
Tốc độ biến thiên điện áp
Dòng điện tự giữ 150(mA)
Thời gian chuyển mạch tcm = 80( s)
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C
3. Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện
Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất
cho người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch
bảo vệ là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm
việc bất thường xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải
được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm
như ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua
van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi.
3.1.Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ
biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá
dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn
mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện
cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì,
áptômát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor,
cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh...
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến
đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ
biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử
- dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông.
Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến
áp...
3.2.Bảo vệ trong bộ biến đổi
a. Bảo vệ quá nhiệt
Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất
tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt
nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất
điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ,
mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có
thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta có biện pháp.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện
bằng phương pháp dùng cánh toả nhiệt.
b. Bảo vệ quá điện áp trên van
Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch R- C, bảo vệ từng
thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các
nguyên nhân nội tại gây ra,sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong
quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngược khi khoá van trong
khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng
rất lớn trên các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anốt và catốt của van.
Mạch R- C mắc song song với van tạo ra mạch vòng phóng điện tích
trong quá trình chuyển mạch nên van không bị quá điện áp.
Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm:
C = 1 F và R = 1K .
Hình 2.5 Sơ đồ bộ biến đổi có bảo vệ quá áp
Chương III. Tổng hơp hệ thống truyền động
1.Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện.
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải
đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lơợng điều chỉnh mà không phụ
thuộc vào tác động của các đại lơượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống
điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động ăn dao máy
doa có cấu trúc đơợc trình bày trên hình vẽ 3.1 gồm : động cơ truyền
động M quay truyền động bàn dao Mx và bộ chỉnh lơưu cầu ba pha BĐ
(đơược gọi là phần lực), các thiết bị đo lơờng ĐL và các bộ điều chỉnh R
(đơược gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ược gọi là
- tín hiệu đặt (THĐ) ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động
lên hệ thống.
Hình 3.1.Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
2. Mô tả toấn học động cơ điện một chiều.
-Điện cảm phần ứng:Lư =
(trong đó kL là hệ số,lấy giá trị 5,5 5,7 đối với máy không bù và kL=
1,4 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực).
k đm = 1,93
-Mômen quán tính: J = Jd +Jm= 0,116+0,01=0,126(kg.m2)
-Hằng số thời gian cơ học: Tc =
-Hằng số thời gian điện từ : Tư =
-Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
= 114 – 0,85M
hoặc: = 114 – 1,62Iư
3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống,
xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ,
điều chỉnh gia tốc... Hệ thống truyền động điện động cơ truyền động ăn
dao máy tiện có hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời
gian điện từ của mạch phần ứng Tươ nên ta có thể coi sức điện động của
động cơ không ảnh hơởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng
điện.
Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện đươợc thể hiện trên
hình 3.2, trong đó F là mạch lọc tín hiệu, Ri là bộ điều chỉnh dòng điện,
BĐ là bộ chỉnh lơưu cầu ba pha, Si là sensor dòng điện.
Hình 3.2 Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện.
Tf, Tđk, Tvo , Tươ , Ti là các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều
khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lơưu, phần ứng và sensor dòng
điện. Rươ là điện trở mạch phần ứng và KCL, Ki là hệ số khuếch đại của
chỉnh lơưu và sensor dòng điện.
KCL = = 25,47; = 0,877; Tf =Ti =Tđk = 0,001 (s)
- Hàm truyền của mạch vũng dòng điện ( hàm truyền của đối tươợng
điều chỉnh):
Đặt Ts = Tf + Tđk + Tvo + Ti = 0,001+0,001+0,001+0,005=0,008 <
Tơư = 0,034 có thể viết lại hàm truyền ở dạng gần đúng nhơư sau:
áp dụng tiêu chuẩn tối ơưu module, ta tìm được hàm truyền của bộ điều
chỉnh dòng điện có dạng khâu tỷ lệ – tích phân PI, trong đó đ• chọn Ts =
Ts =0,008s
Hàm truyền của mạch vòng dòng điện sẽ là:
4.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Sensor tốc độ : và hằng số thời gian lọc Tw = 0,001 (s)
Hình 3.4 Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ
Theo kết quả tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, ta có hàm
truyền của mạch vòng dòng điện là:
Để thuận tiện trong tính toán tiếp theo, ta bỏ qua thành phần 2 để thu
đư-ợc biểu thức gần đúng của hàm truyền mạch vòng điều chỉnh dòng
điện hệ thống:
Đặt = 0,0085(s), khi đó đối tươợng điều chỉnh có hàm truyền:
Theo tiêu chuẩn tối ơưu module, ta có thể xác định đơược hàm truyền
của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ P.
35,19
Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:
Chương iv.thiết kế mạch điều khiển
I.Mạch điều khiển tiristo.
1.Nguyên lý mạch điều khiển.
- Tiristo chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơương đặt trên
anot và xung áp dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi thyristor đ• mở
thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua do thông số
của mạch động lực quyết định.
Mạch điều khiển có các chức năng sau:
- Điều chỉnh đơược vị trí xung điều khiển trong phạm vi điều chỉnh
ứng với nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristo.
- Tạo ra đươợc các xung điều khiển đủ điều kiện mở đơược tiristo
(xung điều khiển thươờng có biên độ và độ rộng xung xác định
Cấu trúc của mạch điều khiển một tiristo đựoc trình bày trên hình 4.1.
ucm - điện áp điều khiển, điện áp một chiều.
us - điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng
bộ với điện áp anot – catot uAK của tiristo.
Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều
khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a.
Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều
khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a.
Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển
2.Nguyên tắc điều khiển.
Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở
Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử
dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos để điều chỉnh vị trí xung
trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Tiristor.
Sau đây ta sẽ mô tả về hai nguyên tắc điều khiển. Sơ đồ trình bày trên
hình 4.2 là nguyên tắc điều khiển kiểu arccos. Người ta sử dụng hai điện
áp :
-Điện áp đồng bộ US vượt trước điện áp UAK=Umsin t của Tiristor
một góc bằng /2 vậy Us =Usm cos t
Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên
độ theo hai chiều (dương và âm ). Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào
cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận được một xung rất
mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái :
- Usm cos = Ucm
Vậy khi Ucm= Usm thì =0
Ucm =0 thì = /2
Ucm = -Usm thì =
Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể
điều chỉnh được góc từ 0 .
Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời
điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và điện áp tựa
(cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp đặt lên A-K của
Tiristor và thường đặt vào đầu đảo bộ so sánh. Thông thường điện áp tựa
thường có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách biến đổi Ucm người ta có
thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc
điều khiển thẳng đứng tuyến tính hình 4.3
Ta xác định góc điều khiển theo phương trình :
Với :góc mở của Tiristor
Uđk :điện áp điều khiển
- Usm :điện áp đồng bộ cực đại
Thông thường người ta thường lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng
góc là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm.Vậy ta có thể
điều khiển góc thông qua điều khiển điện áp một chiều
II.Cấu trúc từng khối chức năng
1. Các bộ điều chỉnh Rw và Ri
Bộ điều chỉnh là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ
điều chỉnh tự động truyền động điện vì nó đảm bảo chất lơượng động và
tĩnh của hệ thống.
Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ:
- Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ
- Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lươợng động và tĩnh của hệ
thống.
Trong hệ thống ta sử dụng hai bộ điều chỉnh: bộ điều chỉnh tỷ lệ P
dùng điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để điều
chỉnh dòng điện.
Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ: 35,19
Chọn R = KW; R2 = W; R3 = W; C = mF. Để tạo mạch lọc F, ta nối
thêm tụ Ck = 5mF song song với điện trở R3.
2. Khối đồng pha
Hình 4.3: sơ đồ mạch tạo điện áp đồng pha
Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha:
Khi cấp nguồn 380V vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp
của biến áp được hạ áp. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0 nửa chu kỳ
đầu điện áp dương đặt trên D1, D1 sẽ thông và D2 sẽ bị khoá, nửa chu kỳ
nguon tai.lieu . vn