thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường

Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện

ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY

BÀO GIƯỜNG

GVHD: Nguyễn Văn Hà

SVTH: Nguyễn Văn Ngọc

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh -- -- Đồ Án Trang Bị Điện

GVHD: Nguyễn Văn Hà - 1 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc

I. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

II. LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………



Lời nói đầu

Cùng với quá trình công nghiệp hoá đất nước, yêu cầu tự động hoá trong máy sản

xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuất sản xuất cao. Mặt

khác, với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày càng cao và nhu cầu

con người ngày càng đòi hỏi ngững 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

đòi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như Có khả năng tự động hoá cao, độ chính

xác tuyệt đối. Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết cấu gọn nhẹ,

hiệu suất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo tính kinh tế.

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

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

đồ án của mình. Tuy đã có nhiều cố gắng, song Kiến thức rộng và thực tế còn hạn chế nên

khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô giáo để đồ án

của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh ngày: 20/8/2011

Sinh viên

Nguyễn Văn Ngọc



Chương I ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LỰA CHỌN CÔNG SUẤT VÀ CHỦNG LOẠI ĐỘNG

CƠ I. ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ 1. Giới thiệu chung về máy bào giường 1.1 Khái quát chung về máy cắt kim loại Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách căt bớt các lớp kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu, hoặc thỏa 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. Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao, đặc tính chuyển động… Các máy cắt kim loại đượ chia thành các loại cơ bản như : Máy Tiện, Máy Phay, Máy Bào, Máy Khoan, Máy Doa, Máy Mài… 1.2. Khái quát chung về máy bào giường Máy Bào Giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5m đến 12m. Tùy theo chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành 3 loại:

- Máy cở nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3m, lực kéo Fk = 30 50 kN - Máy cở trung: Chiều dài bàn Lb = 4 5m, lực kéo Fk = 50 70 kN - Máy cở nặng: Chiều dài bàn Lb > 5m, lực kéo Fk > 70kN

Hình 1.1 Hình dạng bên ngoài máy bào giường



Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt 3 được kẹp trên bàn dao đứng 4, bàn dao được được kẹp chặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công, xà ngang 5 được giử cố định trên khung máy 6.

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 mà không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải.

Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s(mm/htkép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là những di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao của hành trình không tải. 2. Các loại truyền động cơ bản của máy bào giường 2.1 Truyền động chính

Là chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy. Đặc điểm chuyển động chính của máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn.Phạm vi điều chỉnh tốc độ di chuyển bàn máy nằm trog dãi rộng và ổn định trong suốt quá trình gia công chi tiết.

Quá trình quá độ chiểm tỉ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc, chiều dài bàn máy càng lớn thì quá trình quá độ càng lớn.

ckt

0v

1t 2t 3t 4t 5t 6t 7t 8t 10t 11t9t 12t

0v

thvv(m/s)

0

ngv13t 14t

0-vt(s)

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy bào giường



Trên hình 1.2 là đồ thị tốc độ cơ bản thường gặp nhất, trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hay phức tạp hơn. Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến tốc độ V0 = 5 15m/ph (gọi là 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 bắt đầu vào

chi tiết. Dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao hoặc chi

tiết.

- t3 dao cắt vào chi tiết và cắt với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t3.

- t4 là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V0 đến tốc độ Vth gọi là tốc độ cắt

gọt.

- t5 là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi.

- t6 gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt về tốc độ

V0 trong khoảng thời gian t6.

- t7 là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V0

- t8 là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy vẫn chạy với

tốc độ V0.

- t9 là thời gian bàn máy được giảm tốc về 0 để đảo chiều sang hành trình ngược.

- t10 là thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau khi đảo chiều sang hành trình ngược

đến tốc độ Vng gọi là tốc độ không tải.

- t11 là khoảng thời gian bàn máy chạy ngược ở tốc độ Vng không đổi.

- t12Gần hết hành trình ngược, bàn máy được giảm tốc về tốc độ V0 trong khoảng

thời gian t10.

- t13 là khoảng thời gian bàn máy vẫn chạy ngược với tốc độ V0 và bắt đầu giảm tốc

về 0 để đảo chiều.

- t14 là thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ làm việc

và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.

Tốc độ hành trình thuận Vth được xác định tương ứng bởi chế độ cắt, thường thì tốc độ hành trình thuận nằm trong khoảng từ 5 đến 120 m/ph, tốc độ gia công có thể đạt 75



120 m/ph. Do hành trình ngược là hành trình chạy không tải nên để tăng hiệu suất của máy người ta thường chọn tốc độ hành trình ngược lớn hơn tốc độ hàn trình thuận.

Tức là : Vng = k.Vth ( thường k = 23) Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian :

ngthck ttT

n

11

(1-1)

Trong đó : + Tck Là thời gian một chu kỳ làm việc của bàn máy, [s] + tth Là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận, [s] + tng Là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược, [s] Giả sử tốc độ bàn máy lúc tăng và giảm tốc độ không đổi thì:

+ 2/

..

th

thhthg

th

thth V

LLVLt

(1-2)

+ 2/

..

ng

nghngg

ng

ngng V

LLVL

t

(1-3)

Trong đó: + Lth, Lng Là chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định Vth, Vng ở hành trình thuận và ngược.

+ Lg.th, Lh.th Là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc(g: gia tốc) và quá trình giảm tốc(h: hãm) ở hành trình thuận.

+ Lg.ng, Lh.ng Là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc và quá trình giảm tốc ở hành trình ngược.

+ Vth,Vng Là tốc độ hành trình ngược của bàn máy. Thay các giá trị của tth, tng ở (2) và (3) vào (1) ta được:

dcng

đcngth

ng

nghngg

ng

ng

th

thhthg

th

th

tV

LktVLVL

VLL

VL

VLL

VL

n

).1(1

//1

2/2/

1

....

(1- 4)

Trong đó: + L =Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng Là chiều dài hành trình bàn máy

+ th

ng

VV

k Là tỉ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận



+ tđc Là thời gian đảo chiều của máy Từ 1 – 4 ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt tới hạn Vth thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều của máy 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 tăng. Nếu chiều dài bàn Lb > 3m thì tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k. Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn nhất Vth = 75 120 m/ph thì tđc ảnh hưởng nhiều đế năng suất. Vì vậy khi thiết kế máy bào giường phải giảm thời gian quá trình quá độ. Một trong những biện pháp hiệu quả là xác định tỉ số truyền tổi ưu của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc, Đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất. Công thức xác định tỉ số truyền tổi ưu:

itư = đ

m

JJ

MMc

MMc

2)(

Trong đó: + M: Mômen của động cơ lúc khởi động, Nm + Mc: Mômen cản trên trục làm việc, Nm + Jm,Jđ: Mômen quán tính của máy và động cơ, kg.m

Nếu coi Mc = 0 thì: iư =đ

m

JJ

Việclựa chọn tỉ số truyề tổi ưu ở máy bào giường là khá quan trọng. Thời gian quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy. Mômen quán tính của máy tỉ lệ với chiều dài máy. Tuy nhiên thời gian quá trình 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 chyển đầu dao.

+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = ngmaxmax

min thmin

VV =V V

Trong đó :

Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường Vngmax=

75120 (m/ph)

Vthmin : là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường Vthmin = 46

(m/ph).



Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,530)/1

2.2 Truyền động ăn dao Là sự dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép của chuyển động chính. Cứ sau khi kết thúc một hành trình ngược thì bàn dao lại dịch chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao. Chuyển động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần, từ thời điểm đâỏ chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận, và kết túc trước khi dao cắt vào chi tiết, Cơ cấu ăn dao làm việc với tần số rất lớn( có thể đạt 1000 lần/giờ). Hệ thống di chuyển đầu dao vận hành theo hai chiều là di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Chuyển động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống: Cơ khí, điện khí, thủy lực, khí nén… Nhưng đồng thời sử dụng hệ thống điện cơ.(động cơ điện và hệ thống trục vít – êcu hoặc bánh răng, thanh răng) Lượng ăn dao trong một hành trình kép bằng hệ trục vít – êcu được tính như sau: S = ωtv.t.T Đối với hệ truyền động bánh răng – thanh răng được tính bằng công thức: S = ωbr.t.z.T Trong đó: + ωtv, ωbr Là tốc độ của trục vít và bánh răng + z Là số răng của bánh răng + t là bước răng của trục vít hoặc thanh răng + T là thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng Từ hai biểu thức trên ta thấy: Để điều chỉnh lượng ăn dao S bằng cách thay đổi thời gian có thể sử dụng nguyên tắc hành trình(công tắc hành trình) hawocj nguyên tắc thời gian(dùng các rơle thời gian). Sử dụng các nguyên tắc này thì đơn giản nhưng năng suất thường bị hạn chế, vì lược ăn dao lớn, thời gian làm việc phải dài, nghĩa lf thời gian đảo chiều thừ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài, mà trường hợp này thì không cho phép. Ngoài ra để thay đổi tóc dộ làm việc ta có thể sử dụng nguyên tắc tốc độ: Điều chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyê tắc này tuy phức tạp hơn nguyên tắc trên, nhưng có thể giử được thời gian làm việc của truyền động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau.



2.3 Các truyền động phụ Ngoài truyền động chính và truyền động ăn dao, máy bào giường còn nhiều truyền động khác như: 2.3.1 Truyền động nâng hạ xà Máy bào giường có giá đỡ là xà ngang có công dụng dùng để đỡ giá dao vững chắc. Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy nhằm điều chỉnh khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công. 2.3.2 Truyền động kẹp nhả xà Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi tiết, hoặc nới lỏng xà để nâng giá dao, hạ dao. Truyền động được thực hiện nhờ động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tùy ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà như trên. 2.3.3 Bơm dầu Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được làm việc, lượng dầu trong máy đảm bảo thì rơle áp lực mới hoạt động kích hoạt làm kín mạch cho chuyển động của bàn. Áp lực cần thiết là 2,5 at, hệ thống bơm dầu được thực hiện từ động cơ xoay chiều. 2.3.4 Quạt gió

Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy làm việc với nhiệt độ cho phép 3. Phụ tải của truyền động chính Phụ tải của truyền động chính được xác định bởi lực kéo tổng. Nó là tổng của hai thành phần lực cắt và lực ma sát Fk = FZ + Fms Trong đó: + Fk là lực kéo tổng, [N], + FZ Là lực cắt, [N] + Fms là lực ma sát, [N] 3.1 Ở chế độ làm việc Đây là chế độ làm việc ở hành trình thuận, lực ma sát được xác định: Fms = μ[Fv + g(mct + mb)] Trong đó: + μ = 0,05 – 0,08 là hệ số ma sát gờ trượt + Fv = 0,04FZ là thành phần thẳng đứng của lực cắt, [N] + mct,mb là khối lượng của chi tiết và của bàn, [kg]



3.2 Ở chế độ không tải Do thành phần lực cắt bằng không nên lực ma sát: Fms = μ.g(mct + mb) Lực kéo tổng : Fk = Fms = μ.g(mct + mb) Quá trình bào chi tiết ở máy bào giường được tiến hành với công suất gần như không đổi tức là lực cắt lớn tương ứng với tốc độ cắt nhỏ và lực cắt nhỏ tương ứng với tốc độ cắt lớn.

ghv

F

0 v

Z Pk

FZ

Pk

Hình 1.3 Đồ thị phụ tải truyền động chính Với những máy bào giường cỡ nặng thì đồ thị phụ tải như hình 1.3: - Trong vùng: 0 < V < Vgh thì lực kéo là hằng số - Trong vùng: Vgh < V < Vmax thì công suất kéo Pk gần như không đổi.



II. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT VÀ CHỦNG LOẠI ĐỘNG CƠ 1. Tập hợp các số liệu ban đầu + Lực cắt cực đại: Fth = 25kN + Tốc độ tới hạn hành trình thuận: Vth = 20m/ph + Tốc độ vào dao: V0 = 6m/ph + Trọng lượng bàn máy: Gb = 200kN + Trọng lượng chi tiết: Gct = 150kN + Bán kính quy đổi lực cắt: ρ = 0,01 + Hệ số ma sát: μ = 0,06 + Hiệu suất định mức của cơ cấu: η = 0,76 + Chiều dài hành trình bàn: Lb = 15m + Mômen quán tính của hệ quy về trục động cơ điện: J = 20,2kg/m2 1.1 Tốc độ góc khi vào dao

)/(1001,0.60

6.600

0 sradV

1.2 Tốc độ góc ở hành trình thuận

)/(3,3301,0.60

20.60

sradVth

th

1.3 Tốc độ hành trình ngược Vng=k.Vth=2.20 = 40 m/ph

Trong đó: k = 2 3 là hệ số tỉ lệ giữa hành trình thuận và ngược, ở đây chọn k = 2 Tốc độ góc hành trình ngược :

)/(67,6601,0.60

40.60

sradVng

ng

2. Lựa chọn chủng loại và tính chọn sơ bộ động cơ 2.1 Lựa chọn chủng loại động cơ Đổi chiều khi hết chu kỳ làm việc là đặc điểm làm việc của máy bào giường, do vậy yêu cầu của hệ truyền động cho máy bào giường là khả năng quá tải lớn, mômen khởi động lớn. Do vậy đối với máy bào giường thì ta chọn động cơ một chiều với ưu điểm mômen khởi động lớn, dễ điều chỉnh tốc độ, dễ điều chỉnh chiều quay. Do công nghệ phát triển nên ngày nay người ta đã thiết kế các van điện tử dùng để chỉnh lưu dòng xoay chiều thành một chiều với công suất lớn, hiệu suất cao.



Nhược điểm cơ bản của động cơ một chiều là do cấu tạo phức tạp nên giá thành đắt. 2.2 Tính chọn sơ bộ công suất động cơ 2.2.1 Tính toán lực kéo tổng Fk1 = FZ0 + (Gb + Gct + Fy0).μ Trong đó: + FZ0 = Fth = 25kN + μ Là hệ số ma sát μ = 0,06 + Fy0 là thành phần thắng đứng của lực cắt: Fy0 = 0,4Fz0 = 0,4Fth = 0,4.25 = 10kN Fk1 = FZ0 + (Gb + Gct + Fy0).μ = 25 + (200 + 150 + 10).0,06 =46,6kN

= 46600 (N)

2.2.2 Công suất đầu trục động cơ Ở chế độ không tải(tốc độ vào dao)

)(13,676,0.1000.60

6.46600.1000.60

. 0110 kW

VFP k

th

Ở chế độ cắt thuận: .1000.60

.22

thkth

VFP

Trong đó: + Fk2 = FZmax + (Gb + Gct + Fyth).μ = Fth + (Gb + Gct + 0,4Fth).μ = 25 + (200 + 150 + 10)0,06 = 46,6 kN = 46600 N + η là hiệu suất định mức của cơ cấu, η = 0,76

)(44,2076,0.1000.60

20.46600.1000.60

.22 kW

VFP thk

th

Công suất tính toán tổng ở chế độ cắt thuận:

)(88,402040.44,2022 kW

VV

PPth

ngthtt

Bảng các số liệu dùng tính toán chọn động cơ Bảng 1.1 Các số liệu dùng tính toán chọn động cơ

CĐ cắt Vth(m/ph) Vng(m/ph) FZ(kN) Gb + Gct

(kN) Fk(kN) Pth(kW) Ptt(kW)

1 20 40 25 350 46600 20,44 40,88



Từ các số liệu đã tính toán ở trên ta chọn động cơ có công suất: Pđm 40,88kW. Dựa vào bảng thông số các động cơ điện một chiều ta chọn động cơ có các thông số như sau: Bảng 1.2 Thông số động cơ điện một chiều loại Л101

Kiểu Pđm(kW) nđm(v/ph) Iđm(A) rư + rp(Ω) rckt(Ω) Số TD

Л102 42 600 223 0,0225 32,5 282 WS Ф(mvb) Ikt(A) nmax(v/p) J(kg/m2) G(kg) Uđm(V) 840 37,4 4,84 1200 12 985 220

Vận tốc góc của động cơ

)/(83,6260600.2

60.2 sradnđm

đm

Tỉ số từ thông + Từ phương trình đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta có:

U1 = E+I(rư+rp) E = U1(rư+rp)

Mặt khác : E= kk =U1-I(rư+rp)

)(1 pu rrIUk

)(42,383,62

0225,0.223220( ) vbrrIU

kđm

puđmđmđm

3. Kiểm nghiệm lại động cơ đã chọn 3.1 Các thông số động cơ khi không tải

Tổn hao không tải của động cơ ở hành trình thuận )(94,276,01.44,20.6,01..6,0 20 kWPP thth

Tổn hao ma sát nơi gờ trượt lúc không tải )(10,206,0.

1000.606.10.20010.150.

1000.60. 33

00 kWVGGP bct

p

Tổn hao không tải ở hành trình thuận )(04,510,294,2000 kWPPP pthth

Mô men không tải của động cơ

)(19,9483,6210.42223.42,3

10..

33

0 NmP

IkMđm

đmđmđm



Mô men điện từ lúc không tải

Mđt0 = M0+ΔM = M0+ )(19,38810

10.94,219,943

0

00 Nm

PM th

Dòng điện không tải

)(51,11342,319,3880

0 AkMI

đm

đt

3.2 Các thông số của động cơ khi tải đầy Mô men điện từ của động cơ trong hành trình thuận khi tải đầy

Mđtth = M0+Mth = M0+ )(00,7083,3310.44,2019,94

10. 332 Nm

P

th

th

Dòng điện của động cơ khi tải đầy

)(02,20742,3

708 AkMI

đm

đtthth

3.3 Các thông số của động cơ trong hành trình ngược Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp đảo chiều điện

áp ở cả dải tốc độ

)(08,102040.04,5.0 kW

VV

PPth

ngthĐng

Mô men điện từ trong hành trình ngược

)(38,24567,6610.08,1019,94

10. 33

0 NmP

MMng

Đngđtng

Dòng điên trong hành trình ngược

)(75,7142,3

38,245 AkM

Iđm

đtngng

3.4 Dòng điện quá độ đmqđ IkI .

với k là hệ số nói lên quan hệ giữa dòng quá độ và dòng định mức ở đây lấy k = 2 )(446223.22 AII đmqđ



3.4 Các khoảng thời gian làm việc của động cơ Thời gian quá độ

1212 ..

).(

đmcqđcqđ

qđ kIIJ

MMJt

Trong đó: + J = Jpư + Jqđ = 12 + 20,2 = 32,2 (kg/m2) + Mqđ, Iqđ : Mômen và dòng điện trong quá trình quá độ + Mc, Ic : Mômen và dòng điện phụ tải của động cơ + ω1, ω2: Tốc độ đầu và cuối quá trình quá độ

Các khoảng thời gian làm việc

+ Với

)/(100

)(51,113

02

1

0

srad

AIIC

Thì: )(281,0)010(42,3.51,113446

2,321491 sttt

+ Với

)/(3,33)/(10)(02,207

2

01

sradsradAII

th

thC

Thì: )(918,0)103,33(42,3.02,207446

2,3264 stt

+ Với:

)/(67,660

)(75,71

2

1

srad

AII

ng

ngC

Thì: )(677,1)067,66(42,3.75,71446

2,3210 st

+ Với:

)/(67,66)/(10

)(75,71

2

01

sradsrad

AII

ng

ngC

Thì: )(426,1)1067,66(42,3.75,71446

2,3212 st

+ Theo kinh nghiệm vận hành ta có: + )(422,0281,0.5,1.5,1 113 stt



+ )(106,0422,0.41.

41.3;;; 13733213328273 stttttttttttt

+ )(317,0422,0.43.

43

1382 sttt

- Thời gian máy làm việc ở tốc độ thuận t5:

thV

Lt 55

Trong đó: + Vth = 20 (m/ph) là tốc độ làm việc ở chu kỳ thuận + l5 là chiều dài bàn máy trong khoảng thời gian làm việc

Ta có:

8732064

091

05 22

ttttVttVV

ttV

LLLL thbithb

)(49,14

106,0317,0106,0317,06918,0918,02206281,0281,0

26

60115

m

)(5,43)(725,020

49,1455 sph

VLt

th

- Thời gian làm việc ở tốc độ ngược t11:

ngVLt 11

11

Trong đó: + Vth = 40 (m/ph) là tốc độ làm việc ở chu kỳ ngược + l11 là chiều dài bàn máy trong khoảng thời gian màn máy trở về

Ta có:

14

013012

01011 .

2.

2.

2t

VtVt

VVt

VLLLL ngng

bingb

)(84,13281,0.26422,0.6426,1.

2406677,1.

240

60115 m

)(76,20)(346,040

84,131111 sph

VLt

ng



3.5 Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần I = f(t) Dựa vào đồ thị dòng điện và các khoảng thời gian tương ứng đã xác định ở phần trên

ta vẽ được đồ thị phụ tải toàn phần như sau:

Tth Tng

0

v(m/s)

t(s)

Iq®

Ith

I0

Vth

V0

V0

Vng

Hình 1.4 Đồ thị dòng điện toàn phần của động cơ truyền động bàn máy MBG

3.6 Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng và quả tải về mômen 3.6.1 Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng

Ta có dòng điện đẳng trị:

i

iiđt t

tII

.2

Trong đó:

)(712,43106,050,43106,0)(816,21422,076,20317,0317,0

)(908,5281,0426,1677,1281,0918,0918,0281,0

753

131182

1412109641

stttstttt

sttttttt



)(436,71712,43816,21908,51413121110987654321

sttttttttttttttti

Vậy: )(89,215436,71

712,43.02,207816,21.51,113908,5.446. 2222

At

tII

i

iiđt

Ta thấy: Iđt = 215,89(A) < Iđm = 223(A) nên động cơ đã chọn đạt yêu cầu về phát nóng.

3.6.2. Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải về mômen

maxlvđm

MM

Trong đó: + Mđm là mômen định mức của động cơ + Mlvmax là mômen làm việc cực đại + λ = 2 4 là hệ số quá tải cho phép về mômen động cơ Ta có: + )(32,1525446.42,3.. maxmax NmIkIkM qđđmđmlv

+ )(66,762223.42,3. NmIkM đmđmđm

+ Khi hệ số quá tải λ = 2 thì:

Ta có )(66,76266,7622

32,1525max NmMMđm

lv

+ Khi hệ số quá tải λ = 4 thì:

Ta có )(66,76233,3814

32,1525max NmMMđm

lv

Vậy động cơ đã chọn đạt cả hai yêu cầu quá tải về mômen và yêu cầu về phát nóng.



Chương II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

I. PHƯƠNG ÁN 1: HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ (F - Đ) 1. Sơ đồ nguyên lí hệ thống F - Đ đơn giản Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản

Trong đó: - Đ : Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ. - F : Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ. - ĐK : Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác. - K : Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ. * Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:

+ Để cho nĐ < ncb: Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát tăng để giảm dòng điện qua cuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từ F của máy phát thay đổi (giảm), làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb. Như vậy, bằng cách điều chỉnh biến trở RKF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Đ trong khi giữ từ thông không đổi: Đ = đm.

+ Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đóng hoặc N đóng, dòng điện kích từ máy phát ICKF đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông F, do đó UF đảo dấu, dẫn đến động cơ Đ đảo chiều.



* Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh: + Tăng Đ về định mức. + Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0.

2. Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) + Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là:

- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên - Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn

định tốc độ. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ. Nên phải đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi. Thay vì sử dụng máy phát kích thích K, người ta đưa vào hệ thống máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ). Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2 cặp chổi than, trong đó có một cặp ngang trục được nổi ngắn mạch. Nhờ vậy dòng điện chạy trong dây quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ số khuếch đại của máy rất lớn. Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có một cuộn chủ đạo (W1) được cung cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được trị số. Các cuộn còn lại được nối với các khâu phản hồi. Từ trường do các cuộn phản hồi cùng chiều hoặc ngược chiều với từ trường chính là do tính chất của phản hồi.

2.1 Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc. Roto của FT được nối đồng trục với rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ.

Ta có: F2 = I2W2 EFT = KeFTnFT = KeFTn

UFH = .dc với là hệ số phản hồi âm tốc độ

Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi âm tốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải Mc và tốc độ đạt yêu cầu nyc. Vì lý do nào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác nyc thì nhờ quá trình phản hồi âm tốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt nyc.



Hình 2.2: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Quá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi Mc tăng sẽ làm cho nĐ giảm < nyc. Mà khi n giảm nên EFT giảm do đó I2 giảm F2 giảm nên F = F1 - F2 tăng dẫn đến EKĐMĐ tăng nên UĐ tăng do đó n tăng đạt đến nyc. Và khi Mc giảm thì quá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơ đạt nyc.

+ Phương trình cân bằng sức từ động: F = F1 - F2

Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.

Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi điều chỉnh. Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt.

2.2 Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo tốc độ đặt cho trước. Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy. Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành. Do đó người ta đưa vào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt. + Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm Uss, Rss và van D.

+ Khi Iư bé hơn trị số cho phép thì Uph < Uss do đó van D khóa nên F2 = 0. + Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đế Uph > Uss do đó van D mở nên F2 0 F = F1 - F2

giảm xuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ.



Hình 2.3: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

3. Đánh giá hệ thống F- Đ 3.1. Ưu điểm: + Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc. + Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: Điều chỉnh kích thích máy phát và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thích máy phát. Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau: + Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không + Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ + Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng) Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ. + Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt. + Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt. + Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh. + Hệ số cos khá cao.



3.2 Nhược điểm Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó

chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc. Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn.

Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều...) II. PHƯƠNG ÁN 2: HỆ TRUYỀN ĐỘNG THYRISTOR - ĐỘNG CƠ (T - Đ) Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor.

1. Sơ đồ hệ thống

ÐFT

BBÐ

CKÐ3 pha

BFX

Hình 2.4: Hệ truyền động T - Đ + Hoạt động của hệ thống: - Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều 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 đưa vào 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 cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống.



2. Đánh giá về hệ thống 2.1. Ưu điểm :

+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 1000).

+ Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy.

+ Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp. 2.2. Nhược điểm : + 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 hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới. + Mạch điều khiển phức tạp.

III. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY BÀO GIƯỜNG 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 điểm riêng. Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thyristor là phương pháp linh hoạt nhất hiện nay. Nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụ không tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ.

Dùng thyristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F - Đ cũng như các hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được. Nhờ BBĐ thyristor mà các trạng 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 đặc trưng bởi hai lượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc 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 sản phẩm 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.



Chương III THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG

I. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠCH LỰC Để cung cấp nguồn 1 chiều cho phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập, ta

phải sử dụng một mạch chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều có sẵn thành năng lượng dòng điện 1 chiều. Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụng được, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét một cách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu. Với yêu cầu thay đổi được điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta chỉ xét các mạch chỉnh lưu điều khiển. Xét các dạng chỉnh lưu sau: 1. Chỉnh lưu Tiristor một pha:

- Chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một pha hoặc công suất tải không quá lớn so với công suất lưới (làm mất đối xứng điện áp lưới) và tải không có yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều.

- Chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải.

- Đối với dòng tải lớn mà chọn các sơ đồ chỉnh lưu một pha thì sẽ gây ra sự mất đối xứng của lưới -> ảnh hưởng tới sự hoạt động của các thiết bị khác. Do nguồn cấp là lưới 3 pha công nghiệp nên việc sử dụng chỉnh lưu một pha có nhiều hạn chế, mặt khác do yêu cầu về chỉnh lưu và giá trị điện áp, dòng điện lớn nên ta không nên dùng chỉnh lưu một pha. Yêu cầu cao về chất lượng điện áp một chiều cung cấp cho động cơ một chiều kích từ độc lập của máy bào giường đã lựa chọn ở trên đảm bảo tốc cho động cơ cần thực hiện với mạch chỉnh lưu nhiều pha hơn. 2. Chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha 2.1 Sơ đồ mạch điện: Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anốt nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ.



RA

B

C

LT1

T2

T3

La

Lb

Lc

Hình 3.1 Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha

2.2 Nguyên lý hoạt động: Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thiristor T1 dương nhất, khi

cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R,L và về nguồn(chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cực thuận)

Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫn khi điện áp âm mà van còn lại chưa mở.

Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đến thời điểm t2. Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1 làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức. Từ thời điểm t2 t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3.

+ Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

cos.U17,1cosU2

63U 22d

+ Giá trị điện áp ngược trên van: 2.6 UU ng + Dòng điện trung bình chảy qua thiristor: Iv = Id/3 + Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3



2.3 Đồ thị điện áp và dòng điện

Uf

t

t1 t2 t3 t4 t

t

t

t

t

I d

T1

T2

T3

Ud

0

0

0

Hình 3.2 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha 2.4 Ưu điểm

So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giản 2.5 Nhược điểm

Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm. Điện áp ra có độ đập mạch lớn xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao. Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao.



3. Chỉnh lưu cầu 3 pha 3.1 Sơ đồ mạch điện

T1

T3

T5

T4

T6

T2

R L

A B C

Hình 3.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha

+ Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm có 6 triristor chia thành 2 nhóm : - Nhóm katốt chung gồm 3 triristor: T1,T3,T5.

- Nhóm anốt chung gồm 3 triristor: T2,T4,T6.

+ Điện áp các pha thứ cấp MBA có phương trình :

Ua = U2 sin

Ub = U2sin( - 2/3)

Uc = U2sin( - 4/3) + Góc mở được tính từ giao điểm của hai điện áp pha. 3.2 Nguyên lý hoạt động: Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua

+ Khi 61 cho xung điều khiển mở T1. Tiristor này mở vì 0aU . Sự mở

của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì ca UU 22 . Lúc này T6 và T1 cho dòng

đi qua. Điện áp ra trên tải : b2a2abd UUUU

2

2

2



+ Khi 6

32 cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mở vì T6 dẫn dòng

nó đặt b2U lên catốt T2 mà C2b2 UU . Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một cách tự

nhiên vì cb UU 22 .

Các xung điều khiển lệch nhau 3 được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của các

thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,...Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì nó sẽ khoá ngay tristor trước nó, như trong bảng sau:

Bảng 3.1 Các thời điểm mở khóa của thiristor Thời điểm Mở Khóa

1 = /6 + T1 T5

2 = 3/6 + T2 T6

3 = 5/6 + T3 T1

4 = 7/6 + T4 T2

5 = 9/6 + T5 T3

6 = 11/6 +

T6 T4

+ Điện áp trung bình trên tải

cos..63.sin..226

2

65

6

2 UdUU d

+ Điện áp ngược cực đại đặt lên van: Ungmax=2,45.U2 + Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ là 6 + Dòng điện chảy qua các van là: IT = Id/ 3 + Công suất của máy biến áp : Sba=1,05.Pd



3.3 Đồ thị điện áp và dòng điện:

t

t

t

T2

T4

T6

0

Uf

t

t1 t2 t3 t4 t

t

t

t

t

I d

T1

T3

T5

Ud

0

0

0

Hình 3.4 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình cầu 3 pha

3.4 Ưu điểm + Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt. + Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng. + Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Udo = 2,34U2 -> nó có thể được sử dụng

với điện áp khá cao.



3.5 Nhược điểm + Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp. + Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp

điện áp ra tải dưới 10 V. + Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa

Kết luận: Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ máy bào giường, nên em chọn sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả. II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐẢO CHIỀU 1. Khái quát chung

Quá trình đảo chiều chuyển động bàn máy cũng có rất nhiều phương pháp, nhưng chung quy có 2 phương pháp : + Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng kích từ. + Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng. Tuy nhiên sử dụng phương pháp đảo chiều dòng kích từ có nhiều hạn chế, do cuộn cảm có hệ số tự cảm lớn (quán tính từ lớn) nên làm tăng thời gian đảo chiều, không thoả mãn cho truyền động máy bào giường. Vì vậy ta chỉ xét quá trình đảo chiều động cơ bằng đảo chiều dòng phần ứng. 2. Các phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng Với hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản:

+ Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng. + Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ triristor mắc song song ngược.

2.1. Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ Sơ đồ truyền động :

CL1 CL2

3 pha3 phaT N

TNCK§

Hình 3.5 Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ



Trên sơ đồ : Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2 Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra, trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và N sao cho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòng điện phần ứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ. Phương pháp này chỉ sử dụng cho các truyền động công suất nhỏ vì dòng hồ quang phát ra giữa các tiếp điểm lớn. Mặt khác do quán tính cơ điện của các khí cụ lớn nên tần số đảo chiều không cao, không phù hợp cho truyền động bàn máy bào giường. 2.2. Đảo chiều dòng điện phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược Sơ đồ truyền động :

CL1 CL3

3 pha

3 pha

CK§

CL2

Hình 3.6 Sơ dồ truyền động đảo chiều động cơ bằng chỉnh lưu Trên sơ đồ : + Cuộn dây kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi CL3 với dòng điện có chiều không đổi. + Phần ứng động cơ được cấp nguồn bởi 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 mắc song song ngược. + Muốn đảo chiều quay động cơ, ta đưa tín hiệu điều khiển vào 2 bộ chỉnh lưu sao cho CL1 hoặc CL2 mở để thay đổi chiều dòng điện phần ứng iưT và iưN.

Phương pháp này vì sử dụng các khí cụ không tiếp điểm nên quá trình đảo chiều êm, diễn ra nhanh, nhưng đòi hỏi mạch lực phức tạp hơn. Quá trình đảo chiều còn phụ thuộc vào việc lựa chọn phương pháp điều khiển, đó là phương pháp điều khiển chung hay riêng:

Phương pháp điều khiển chung: Tại một thời điểm cả 2 BBĐ nhận được xung mở, nhưng chỉ có một BBĐ cấp dòng cho nghịch lưu, còn BBĐ kia làm việc ở chế độ chờ.



Phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ động và chế độ tĩnh rất tốt. Nhưng nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng 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. Phương pháp này điều khiển phức tạp.

Phương pháp điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽ nhau. Tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Phương pháp này, đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển chung, do có một khoảng thời gian trễ để dòng qua bộ van đang làm việc giảm về = 0 thì mới cho bộ van thứ hai mở. Tuy nhiên nó lại có ưu điểm hơn là làm việc an toàn vì không có dòng cân bằng chạy qua giữa các BBĐ và hệ thống điều khiển đỡ phức tạp hơn. Từ hai phương pháp điều khiển trên, do đặc điểm và yêu cầu công nghệ của máy bào giường, thấy rằng phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược là phù hợp nhất nên em lựa chọn phương pháp này và sử dụng phương pháp điều khiển chung để điều khiển các bộ chỉnh lưu Tiristor. III. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ MẠCH ĐỘNG LỰC TRUYỀN ĐỘNG BÀN MÁY BÀO GIƯỜNG 1. Giới thiệu sơ đồ Trên sơ đồ : + ATM là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp MBA. + BA là máy biến áp 3 pha , biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu của bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ. + K là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp. + BI là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chế dòng điện. + BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầu kép 3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ. + Đ: là động cơ 1 chiều, kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển động. + CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cân bằng.



3 pha

AT

BA

K

BI

BB§1

BB§2

CB1

CB2

CB3

CB4

§

FTKT

T4

T6

T1

T3

T2 T5

T7 T10

T9 T12

T11 T8

R C R C

R C R C

R C R C

R C R C

R C R C

R CR C

AT

K K

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực truyền động bàn MBG



+ C - R: Là các tụ điện và điện trở , chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt ) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp. Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor. Để bảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực. + FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ. Tín hiệu điện áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ. + AT1: Là áptômát bảo vệ khởi động từ + D,M: Là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ.

2. Nguyên lí làm việc của mạch động lực + Để khởi động, đóng ATM cấp điện cho BA, ấn nút khởi động, công tắc tơ K

đóng cấp điện cho các BBĐ thyristo cấp nguồn cho phần ứng động cơ và bộ chỉnh lưu điốt cấp nguồn cho cuộn kích từ động cơ CKĐ. Ta đồng thời cấp xung điều khiển cho BBĐ1 và BBĐ2, nhưng khi BBĐ1 làm việc thì BBĐ2 ở trạng thái chờ và ngược lại). Động cơ Đ được cấp nguồn, quay kéo theo máy phát tốc (FT) quay đưa tín hiệu phản hồi âm tốc độ về mạch điều khiển để ổn định tốc độ. + Khi muốn dừng ấn nút dừng ở mạch khống chế cắt nguồn, K mở tiếp điểm, động cơ mất điện, mạch điện thực hiện hãm tái sinh tra năng lượng về lưới, động cơ dừng.

+ Hoạt động của các BBĐ: - Hai bộ biến đổi BBĐ1, BBĐ2 là hai bộ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng mắc song song ngược. Mỗi bộ đều có hai nhóm triristo là nhóm anốt chung và nhóm katốt chung. Mối nhóm van cùng tên của 2 BBĐ đều có các van ở vị trí giống nhau, việc khống chế 2 BBĐ theo nguyên tắc điều khiển chung. Do đó khi xét các BBĐ này ta chỉ xét hoạt động của 1 bộ, còn bộ kia hoàn toàn tương tự. - Hoạt động của mỗi BBĐ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng như đã nêu ở chương trước.



IV. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRONG MẠCH ĐỘNG LỰC 1. Các thông số cơ bản của động cơ

Dòng điện định mức ở cuộn dây phần ứng động cơ

AU

PIđmđm

đmđmu 2,251

76,0.22042000

..

Điện trở mạch phần ứng động cơ(công thức gần đúng)

105,02,251

220)76,01(5,0)1(5,0.đmu

đmu I

UR

Điện cảm mạch phần ứng động cơ tính theo công thức Umanxki – Lindvit:

mHInp

ULđmuđm

đmu 742,0

2,251.600.2.260.22025,0

...260.

.

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

2. Tính chọn Tiristor Việc tính chọn Tiristor sẽ được dựa vào các yếu tố cơ bản như : dòng điện tải, điều

kiện tỏa nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van, và việc tính chọn Tiristor được tính như sau :

2.1 Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu

)(26,23063

220.6.. 2n.max VkUkUkU

u

dnvnv

Trong đó: + knv là hệ số điện áp ngược van

+ ku Là hệ số điện áp chỉnh lưu

2.2 Điện áp ngược van cần chọn

)(442,39126,230.7,1. max. VUkU ndtUnv

Lấy 392nvU (V).

Trong đó: kdtU = 1,7 là hệ số dự trữ điện áp, với kdtU = (1,6 2).



2.3 Dòng điện làm việc của van

)(03,1452,251.3

1. . AIkII đmuhdhdlv

+ Trong đó: 3

1hdk là hệ số dòng điện hiệu dụng của chỉnh lưu cầu ba pha.

+ Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và có đủ diện tính tản nhiệt, không có quạt gió đối lưu không khí, ứng với điều kiện này thì dòng điện định mức của van cần chọn là :

)(12,58003,145.4.. AIkI lviVđm

+ Trong đó: ki - hệ số dự trữ dòng điện. Với điều kiện làm việc của van ta đã chọn như trên thì:

Ilv = (10 30 )%.Iđmv. Do vậy ta chọn Ilv = 25%.Iđmv, suy ra ki = 4.

2.4 Chọn Tiristor

Từ các thông số Unv, Iđmv đã xác định ở trên, để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, nên ta chọn van có cánh tản nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa nhiệt. Ta chọn 12 Tiristor loại C431E1 do Mỹ chế tạo có các thông số như sau :

- Điện áp ngược cực đại của van : Unv max = 500 (V).

- Dòng điện định mức của van : Iđmv = 600(A).

- Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik max = 8000 (A).

- Dòng điện xung điều khiển : Ig max = 150 (mA).

- Điện áp xung điều khiển : Ug max = 5 (V).

- Dòng điện rò : Ir max = 45 (mA).

- Sụt áp lớn nhất trên Tiristor ở trạng thái dẫn : Umax = 2,6 (V).

- Tốc độ biến thiên điện áp : )/(200 sVdt

dU

- Tốc độ biến thiê dòng điện : )/(100 sVdtdi



- Thời gian chuyển mạch của Tiristor : tcm = 2000 (s).

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 (0C).

3. Tính chọn máy biến áp

Chọn kiểu máy biến áp là máy biến áp khô 3 pha, 3 trụ có sơ đồ đấu dây ∆/Υ,

làm mát bằng không khí tự nhiên. Việc chọn sơ cấp đấu ∆ có tác dụng sẽ triệt tiêu được

sóng điều hòa bậc 3 nên dạng sóng điện áp sẽ sine hơn. Dựa vào các thông số của tải và

bộ chỉnh lưu ta tính được các thông số cơ bản của máy biến áp.

3.1 Công suất biểu kiến của máy biến áp Sba

Sba = Ks.Pdmax (1)

+ Trong đó: + Ks là hệ số công suất của máy biến áp;với cầu 3 pha thì Ks = 1,05

+ Pdmax = Uđm.Id = Uđm .Iưđm =220.251,2 = 55264 (W) là công suất cực đại

của tải

+ Thay vào (1) ta được: Sba = 1,05.55264 = 58027 (VA) = 58,027 (kVA)

3.2 Điện áp pha sơ cấp U1f

U1f = Ulưới = 380 (V) ; do sơ cấp được đấu ∆

3.3 Điện áp pha thứ cấp U2f

+ Ta có phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

U2f = Ud0cos α = Uđm + 2∆Uv + ∆Uba + ∆Udn

+ Trong đó:

+ ∆Uv = 2,6 V – 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 điện trở dây nối và có thể bỏ qua, ∆Udn 0

Suy ra:

U2f = Ud0cos α = 220 + 2.2,6 + 13,2+ 0 = 238,4 (V)

+ Với α = αmin = 100 – là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới

+ Vậy: )(38,24110cos

4,23800 VU d



3.3 Dòng hiệu dụng thứ cấp I2

I2 = k2.Id = k2.Iư.đm = 2 /3 .251,2 = 205,1 (A)

k2 – là hệ số dòng hiệu dụng thứ cấp; với cầu 3 pha k2 = 2 /3

3.4 Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1

I1 = Kba.I2 = 2f

1f

UU

.I2 = 380

4,238 .205,1 = 128,67 (A)

3.5 Tính toán sơ bộ mạch từ

+ Tiết diện sơ bộ của trụ: QFe = f.m

. Sk BAQ (2)

Trong đó: + KQ – là hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát, với máy biến

áp khô thì KQ = 56 , vậy chọn KQ = 6

+ m = 3 là số trụ

+ f = 50 Hz là tần số điện lưới.

Thay vào (2) ta được: )(11850.3

580276 2cmQFE

+ Đường kính trụ d

)(25,12118.44 cmQd FE

Lấy theo đường kính tiêu chuẩn dtc = 13 (cm)

+ Chọn loại thép cho mạch từ

Chọn loại tôn cán lạnh do Nga sản suất mã hiệu 3405. Loại tôn này có mật độ từ

cảm cao có thể lên tớn 1,7 Tesla, dễ mua và có các loại 0,27 ; 0,3 ; 0,34 mm. Do máy biến

áp là loại máy biến áp khô nên ta chọn tôn có bề dày δ = 0,35 mm và mật độ từ cảm trong

trụ là BT = 1,3 T. Sở dĩ ta chọn BT bé là do trong thứ cấp máy biến áp có thành phần một

chiều của chỉnh lưu nên mạch từ dễ bị bão hòa.

+ Chiều cao cửa sổ mạch từ h

- Hệ số hình dáng m = h/d tối ưu trong khoảng từ 23; chọn m = 3. Vậy chiều cao cửa sổ

mạch từ là: h = m.d = 3. 13 = 39(cm)



3.6 Tính toán dây quấn

+ Số vòng dây một pha sơ cấp W1

W1 = 1

Fe T

U4,44.f .Q .B

= 4

3804,44.50.104.10 .1,3

)(6,1113,1.10.118.50.44,4

3804 vòng

+ Ta lấy W1 = 112 (vòng)

+ Số vòng dây một pha thứ cấp W2

W2 = 2

1

UU

. W1 = )(26,70112.380

4,238 vòng

+ Ta lấy W2 = 71 (vòng)

+ Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp

+ Với dây dẫn bằng đồng trong máy biến áp khô thì mât độ dòng điện cho phép nằm trong

khoảng (2 2,75) A/mm2, chọn J = J1 = J2 = 2,75 (A/mm2).

+ Tiết diện dây quấn sơ cấp S1

)(79,4675,267,128 21

1 mmJI

S )(7,779,46.4.4 11 mmSd

+ Tiết diện dây quấn thứ cấp S2

)(58,7475,2

1,205 222 mm

JI

S )(1058,78.4.4 22 mmSd

Kết cấu dây dẫn sơ cấp

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

+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp w1

)(2395,0.10.7,7.2

5,1.239.2

21

111 vòngk

dhh

w cg

Trong đó:

+ kc= 0,95 là hệ số ép chặt

+ h = 39 cm là chiều cao trụ

+ hg là khoảng cách từ gông đến cuộn sơ cấp; chọn sơ bộ hg = 1,5 cm



+ Tính số lớp dây của cuộn sơ cấp và bố trí lại số vòng dây

87,423

112

11

11

wWn (lớp)

+ Chọn n1 = 5 lớp, 4 lớp đầu có 23 vòng/lớp, lớp thứ năm có 112 – 4.23 = 20 vòng/lớp

+ Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp: )(64,1895,0

77,0.23. 1111 cm

kdwh

e

+ Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày δ01= 0,1 cm

+ Chọn khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp: a01 = 1 cm

+ Đường kính trong của cuộn sơ cấp Dt1

Dt1 = dFe + 2.a01 = 13 + 2. 1 = 15 (cm)

+ Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp cuộn sơ cấp là δ21 = 0,1 mm

+ Bề dày cuộn sơ cấp Bd1

Bd1 = (2.d1 + δ01).n1 = (2.0,77 + 0,1).5 = 7,75 (cm)

+ Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp Dn1

Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 15 + 2. 7,75 = 30,5 (cm)

+ Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp

Dtb1 = (Dt1 + Dn1) / 2 = (15 + 30,5) / 2 = 22,75 (cm)

+ Chiều dài dây quấn sơ cấp l1

L1 = W1.π.Dtb1 = 112.π.22,75.10-2 81 m

Kết cấu dây quấn thứ cấp

+ Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp

h2 = h1 = 39 (cm)

+ Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp

w22 = 2c

2

h .k2.d

= )(1995,0.1.2

39 vòng



Gh

Gh

TCTC

12a 01a

Td d1B d2B

h

Hình 3.8: Các kích thước của cuộn dây và khoảng cách cánh điện

+ Số lớp dây quấn của cuộn thứ cấp

737,31971

22

22

wWn (lớp)

+ Chọn n2 = 4 lớp, 3 lớp đầu có 19 vòng/lớp, lớp thứ năm có 71 – 3.19 = 14 vòng/lớp

+ Đường kính trong của cuộn thứ cấp

Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 30,5 + 2. 1 = 32,5 (cm)

+ Chọn bề dày cách điện giữa hai lớp dây của cuộn thứ cấp

δ22 = 0,1 mm

+ Bề dày cuộn thứ cấp

Bd2 = (2.d2 + δ22).n2 = (2.1 + 0,01).4 = 8,04 (cm)

+ Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp

Dn2 = Dt2 + 2. Bd2 = 32,5 + 2. 8,04 = 48,58 (cm)

+ Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp

Dtb2 = (Dt2 + Dn2) / 2 = (32,5 + 48,58) / 2 = 40,54 (cm)

+ Chiều dài dây quấn thứ cấp

l2 = W2.π.Dtb2 =71.π.40,54.10-2 91(m)

3.7 Tính điện trở và điện kháng sơ cấp và thứ cấp

+ Điện trở của cuộn sơ cấp ở 750

)(037,079,46

8102133,0.1

1751

SLR



Với: ρ75 = 0,02133 (Ω.mm2/m) là điện trở suất của đồng ở 750

+ Điện trở của cuộn thứ cấp ở 750

)(026,058,74

9102133,0.2

2752

SLR

+ Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp

)(04,011271037,0026,0

22

1

212

WWRRRBA

+ Sụt áp trên điện trở máy biến áp

∆Ur = Rba.Id = 0,04.223 = 8,92 (V)

+ Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp

)(033,010.3

804,0775,001,039

25,1671..314.8

10.3

...8

9

21.

22

72

2

2

BBcdhr

WX ddBA

Với: r = 16,25 (cm) là bán kính trong của cuộn thứ cấp;

+ Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp

Lba = Xba / ω = 0,033 / 100π = 0,105.10-3 (H) = 0,105 (mH)

+ Sụt áp trên điện kháng máy biến áp

)(039,7223.033,0.3..3 VIXU đmBAx

+ Sụt áp trên máy biến áp

039,792,8 2222 UUU rxBA = 11,36 (V) ; ∆Uba% = 11,36 / 220 = 5,2 %

+ Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp

033,004,0 2222 XRZ BABAnmBA = 0,052 (Ω)



3.8 Kiểm tra máy biến áp thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng

chuyển mạch

+ Giả sử quá trình chuyển mạch từ T1 sang T3 ta có phương trình chuyển mạch:

)/(100)/(78,2)/(10.78,210.105,0.2

4,238.6.2

.6

)(..62

63

2

max

222

sAdtdisAsA

LU

dtdi

SinUUUdtdiL

cp

c

BA

c

abc

BA

+ Vậy biến áp đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của dòng khi van chuyển mạch.

4. Tính chọn cuộn kháng cân bằng 4.1 Khái quát về dòng điện đập mạch + Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho dòng điện tải cũng đập mạch theo, làm xấu đi chất lượng điện 1 chiều, vì tải còn có động cơ điện 1 chiều nên sẽ làm xấu quá trình chuyển mạch cổ góp của động cơ, đồng thời gây ra tổn hao dưới dạng nhiệt động cơ. + Thông thường đánh giá ảnh hưởng của đập mạch dòng điện theo trị hiệu dụng của sóng hài bậc nhất, bởi vì sóng hài bậc nhất chiếm một tỉ lệ (2 5) dòng điện định mức của tải. + Hiện tượng gián đoạn dòng điện chỉnh lưu xảy ra do năng lượng điện từ tích lũy trong mạch không đủ lớn. ở chế độ dòng điện gián đoạn, góc dẫn của van trở nên nhỏ hơn 2/3 , điện áp xoay chiều đổi dấu nên dòng điện chạy qua van bán dẫn về 0 trước khi kích mở van kế tiếp. + Để hạn chế dòng điện gián đoạn hay là muốn cho tải luôn làm việc ở chế độ dòng điện liên tục với bất kì điện áp chỉnh lưu nào trong cả dải điều chỉnh điện áp thì điện cảm của mạch phải đủ lớn. Cần phải mắc nối tiếp động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để:

Im 0,1Iư đm. Vậy ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn. 4.2 Tính toán giá trị điện cảm của cuộn kháng Hệ số cân bằng (kcb) được xác định theo biểu thức

r

vcb k

kk

+ Trong đó: kv hệ số xung ở đầu vào. Giá trị của kv phụ thuộc vào số đồi chỉnh lưu.



1

22

1

xđv

mvv mU

Uk

+ Trong đó: + U1mv: Biên độ sóng cơ bản của điện áp chỉnh lưu, đầu vào bộ lọc. + Uđv: Điện áp 1 chiều ở đầu ra của thiết bị chỉnh lưu. + mx: Số xung áp của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn xuay chiều.

Tra bảng B2-1/86 (ĐTCSL) với chỉnh lưu cầu 3 pha

mx = 6; kv = 0,057 Như vậy kv = 5,7% đối với chỉnh lưu cầu 3 pha - kr: Hệ số xung ở đầu ra bộ lọc. Giá trị của kr do yêu cầu của phụ tải quyết định

d

mrr U

Uk )1(

Trong đó: + U1mr: Biên độ lớn nhất của xung áp sóng cơ bản ở đầu ra bộ lọc. + Ud: Điện áp một chiều trên tải. Tra bảng B2 - 2/87 (ĐTCSL), với tải cảm kháng chỉnh lưu cầu 3 pha được kr =2,5

28,25,27,5

r

vcb k

kk

Giá trị điện cảm của cuộn kháng lọc.

1..

1..

22 cbđmx

đmcb

x

Tkh k

ImU

km

rL

mHLkh 952,0128,2.2,251.50.2.6

220 2



5. Chọn van chỉnh lưu ở mạch kích từ

+ Vì chỉnh lưu cầu ba pha có: Ungmax = .2 2U Điện áp đưa vào chỉnh lưu là:

U2 = 380 (V). Điện áp trung bình sau cầu chỉnh lưu là 220 (V). Ungmax = 1,4.380 = 537,401 (V) Chọn hệ số dự trữ về điện áp: ku = 1,6 Ungv = kuUngmax = 1,6.Ungmax = 1,6.537,401 = 839,842 (V). - Dòng điện tải là :Id = Iktđm = 4,84 (A). Suy ra giá trị ItbD chạy qua mỗi điốt là:

ItbD = 3Id = 1,61 (A)

Chọn hệ số dự trữ về dòng: ki = 1,2 Itbmax = ki .ItbD = 1,2.1,61 = 1,932 A Từ các thông số trên ta chọn Điốt với các thông số như sau: Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của Điốt loại CR20-100

Mã hiệu Imax(A) Ungmax(V) ΔU(V) Iro(μA) Tcp(0C) CR20-100 20 1000 1,1 10 200

6. Tính chọn cánh tản nhiệt bảo vệ quá nhiệt cho van bản dẫn Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua van , trên van có sụt áp U, do đó có tổn hao công suất P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép TCP , nếu quá nhiệt độ các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng. Để van bán dẫn làm việc an toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, phải chọn và thiết kế hệ thống tỏa nhiệt hợp lí.

Tính toán cánh tỏa nhiệt: - Thông số cần có:

+ Tổn thất công suất trên 1 Tiristor: P = Umax.ILV = 2,6.145,03 = 377,08 (W) + Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: STN = P/ km.

Trong đó: P : tổn hao công suất (W) : độ chênh nhiệt độ so với môi trường km: hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ [trong điều kiện làm mát tự nhiên không quạt cưỡng bức thường chọn km = (6 10).10-4 (W/cm2 0C)].

+ Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C + Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor TCPmax = 1250C + Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt Tlv = 800C

Ta có: = Tlv - Tmt = 400C + Chọn km = 8 W/cm2 0C

Vậy STN = 377,08 : (8.40) = 1,178 (m2)



Ta chọn loại cánh tỏa nhiệt có 12 cánh, kích thước mỗi cánh: a x b = 8 x 8 (cm x cm)

Tổng diện tích tỏa nhiệt của cánh: STN = 12.2.8.8 = 1536 (cm2) = 1,536 (m2) > STN

a

b

Hình 3.9 Hình dáng cánh tỏa nhiệt 1 van bán dẫn

7. Chọn máy phát tốc + Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ. Dùng để lấy phản hồi âm

tốc độ. Chọn máy phát tốc với các thông số sau. Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật của máy phát tốc loại T-4

Mã hiệu Pđm(W) nH(v/p) UH(V) IH(A) RH() T-4 70 1000 15 5 100

+ Ta có hệ số phản hồi âm tốc độ được tính như sau:

0682,022015

UU

D

FT



Chương IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

I. KHÁI QUÁT CHUNG + Để các van bộ chỉnh lưu có thể mở tại một thời điểm nào đó thì khi đó van phải

thỏa mãn hai điều kiện: - Phải có điện áp thuận đặt lên hai cực katốt (K) và anốt (A) của van - Trên cực điều khiển (G) và katốt (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, người ta sử dụng một mạch điều khiển để tạo ra các tín hiệu đó. Mạch tạo ra các tín hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển. Do đặc điểm của các Tiristor là khi van (Tiristor) đã mở thì việc còn hay mất tín hiệu điều khiển đều không ảnh hưởng đến dòng qua van. Vì vậy để hạn chế công suất của mạch tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển thì người ta thường tạo ra các tín hiệu điều khiển dạng xung, do đó mạch điều khiển còn được gọi là mạch phát xung điều khiển.

Chức năng của mạch điều khiển: + Tạo ra các xung đủ điều kiện: Công suất, biên độ, thời gian tồn tại để mở các

Tiristor (thông thường độ dài xung nằm trong giới hạn từ 200(s) đến 600(s). - Điều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển. - Phân phối các xung cho các kênh điều khiển theo đúng quy luật yêu cầu. - Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng được phân làm hai nhóm chính: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung điều khiển xuất hiện trên cực điều khiển của các Tiristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lại mang tính chất chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. + Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Hệ thống điều khiển này phát ra chuối xung với tần số cao hơn rất nhiều so với tần số nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, và trong quá trình làm việc thì tần số xung được tự động để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó. Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ này rất phức tạp nên nó ít được sử dụng, mà hiện nay người ta hay sử dụng các hệ thống điều khiển đồng bộ.



+ Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển.

- Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc.

1. Phát xung điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng + Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa điện áp tựa hình

răng cưa thay đổi theo chu kỳ điện áp lưới và có thời điểm xuất hiện phù hợp với góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được. + Ưu điểm của hệ thống: - Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc - Tổng hợp tín hiệu dễ dàng - Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tin cậy, độ chính xác cao với độ nhạy theo yêu cầu. - Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn.

- Khoảng điều chỉnh góc mở có thể thay đổi được trong phạm vi rộng và ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn. - Dễ tự động hoá, mỗi chu kỳ của điện áp anốt của Tiristor chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển. 2. Phát xung điều khiển dùng điôt 2 cực gốc UJT: + Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này đơn giản nhưng phạm vi điều chỉnh góc mở hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác trong một chu kỳ điện áp lưới, mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển gây nên tổn thất phụ trong mạch điều khiển. 3. Phát xung điều khiển theo pha ngang:

+ Phương pháp này có ưu điểm là mạch phát xung đơn giản nhưng có một số nhược điểm phạm vi điều chỉnh góc mở hẹp, nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp tín hiệu điều khiển. 4. Lựa chọn phương án thiết kế hệ điều khiển

Từ sự phân tích ưu, nhược điểm của ba phương pháp điều khiển trên, thấy rằng phù hợp nhất với nội dung yêu cầu của đề tài là phương pháp điều khiển theo nguyên tắc



khống chế pha đứng do vậy ta chọn phương pháp điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng để thiết kế mạch điều khiển van truyền động may bào giường.

BHFXRC SS TX

UrU1

U®k

U®kT

Khèi 1 Khèi 2 Khèi 3

Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng + Khối 1: Khối đồng bộ hóa và phát điện áp răng cưa (ĐBH - FXRC).

+ Khối 2: Khối so sánh (SS). + Khối 3: Khối tạo xung (TX).

++ Các đại lượng điện áp gồm: - U1: Điện áp lưới (nguồn) xoay chiều, đồng pha với điện áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. - Ur: Điện áp tựa, thường có dạng hình răng cưa. - Uđk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều có thể thay đổi được trị số và được lấy từ mạch khuếch đại trung gian đưa tới dùng để điều khiển giá trị góc . - UđkT: Điện áp điều khiển Tiristor, nó là chuối các xung điều khiển, lấy từ đầu ra của mạch điều khiển truyền tới điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristor. ++ Nguyên lý làm việc:

Điện áp cấp cho mạch động lực của BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1. Trên đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ. Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp.

Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển (thay đổi được trị số) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau. Tại thời điểm trị số của 2 điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái xuất hiện xung điện áp. Như vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa bằng với tần số nguồn cung cấp. Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh. Xung này có thể đưa đến cực điều khiển của Tiristor để mở van.



Thực tế thì xung đầu ra của mạch so sánh thường không đủ độ rộng và biên độ để mở van, do đó người ta sử dụng mạch khuếch đại và truyền xung. Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều kiện mở chắc chắn các Tiristor.

Mỗi Tiristor cần có một mạch phát xung, do đó trong sơ đồ có bao nhiêu van cần có bấy nhiêu mạch phát xung. Vấn đề là phải phối hợp sự làm việc của các mạch phát xung này để phù hợp với quy luật mở các van ở mạch động lực.

Từ sơ đồ khối của của mạch ta có thể phân tích và thiết kế từng khối chức năng.

Uf

Urc

U®k

Ud

U®k

t

t

t

t

UrcU®k

Hình 4-2: Nguyên lý điều khển chỉnh lưu

II. THIẾT KẾ MẠCH CỤ THỂ 1. Khối đồng bộ hóa và phát xung răng cưa (ĐBH- FXRC): + Mạch phát xung răng cưa đảm nhận chức năng tạo ra điện áp tựa có dạng hình răng cưa biến đổi một cách chu kỳ trùng với chu kỳ của các xung ở đầu ra của mạch phát xung. Điện áp răng cưa để điều khiển mạch phát xung sao cho mạch phát ra một hệ thống các xung điều khiển xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Để tạo ra điện áp răng cưa phù hợp tần số và góc pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu thì tốt nhất là sử dụng sơ đồ được điều khiển bởi điện áp biến thiên cùng tần số, dạng của nó có thể bất là kỳ. Mạch đồng bộ hóa (ĐBH) sẽ đảm bảo điều kiện chức năng tạo ra điện áp điều khiển nói trên.



1.1. Mạch đồng bộ hóa + Mạch đồng bộ hóa sử dụng máy biến áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra điện áp đồng

bộ pha với pha nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu). Sơ đồ nguyên lý của mạch đồng bộ hóa.

U®b C0 U®b®

R0 R1A

0

U®b

U®b®

t

0

U

Hình 4.2: mạch đồng bộ hoá và giản đồ điện áp + Với việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Y như trên nên điện áp đồng bộ (Uđb) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp của nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Điện áp đồng bộ (Uđb) được dịch chậm pha đi một góc 300 điện bởi mạch tụ điện và điện trở R - C gọi là mạch dịch pha.

+ Trong sơ đồ này ta sử dụng mạch dịch pha R-C bằng R0, R1, C để dịch điện áp lấy bên cuộn thứ cấp máy biến áp đồng bộ BAĐ dịch đi một góc 300 và như vậy điện áp đồng bộ sẽ có thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương trùng với thời điểm mở tự nhiên của các Tiristor. Và nhằm thống nhất trị số điều khiển của Tiristor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với trị số góc điều khiển nhỏ. Ta biết rằng góc mở tự nhiên của các Tiristor được tính tại vị trí giao nhau của hai điện áp pha kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đi. Giao điểm nói trên (điểm ứng với góc mở tự nhiên ở vị trí chậm sau điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp pha 300 điện). Mặt khác góc điều khiển ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa (cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hóa) đến vị trí mà Ur + Uđk = 0. Do đó việc dịch điện áp đồng bộ(Uđb) chậm đi góc 300 điện sẽ làm thỏa mãn khi góc điều khiển = 0 cũng tương ứng với góc mở tự nhiên của các Tiristor.



1.2 Mạch tạo xung răng cưa.

+Ucc

R 2 R 3 R 4

Tr 1

Tr 2 Tr4

Tr3

U®b®

R 5

A

B

NOR

-Ucc

R 6

Tr 5

R 7

C 1

IC 1

-

+

+-

Ur

Hình 4.3: mạch tạo xung hình chữ nhật và phát xung răng cưa ++ Mạch tạo xung răng cưa của đề tài như sau: Mạch tạo xung răng cưa được sử dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT(khuếc đại thuật toán) IC1 mắc kết hợp với các phần tử chức năng (tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân. Mạch tích phân có sử dụng khóa khống chế là Tranzitor.

Một mạch tích phân như trên nếu tín hiệu đầu vào là các xung hình chữ nhật thì tín hiệu đầu ra nhận được các xung có dạng hình răng cưa với các sườn rất tuyến tính. Để tạo ra các xung hình chữ nhật. Mạch phát xung sử dụng các Tranzitor Tr1 Tr4 mắc với nhau thành một mạch liên hợp, kết hợp với các phần tử logic (hoặc - đảo) hay NOR để biến điện áp đồng bộ dạng sóng hình sin thành các xung hình chữ nhật. Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo xung hình chữ nhật và phát xung răng cưa như hình 4.3. ++ Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật:



Uf

t

Tr1 më Tr2 më

Ung

0

+Ucc

R 2 R 3 R4

Tr 1

Tr 2 Tr4

Tr3

U®b®

R 5

A

B

NOR

-Ucc

C

Hình 4.4 Mạch phát xung hình chữ nhật

+ Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Trazitor Tr1 Tr4, phần tử logic "hoặc - đảo" và các điện trở R2 R5 . Tín hiệu điện áp đồng bộ hóa Uđbd được nối vào cực gốc và cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình 4.4. + Để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niệm điện áp ngưỡng đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bản dẫn (kí hiệu Ung). Đối với các Tranzitor thì ung = 0,4 0,7 (V). Khi điện áp điều khiển (uBE) có trị sốUBE< Ung thì Tranzitor khóa, còn khiUBE > Ung thì Tranzitor mở nhanh chóng đến mức bão hòa. Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của mạch tạo xung chữ nhật được phân tích như sau: Xét trong một chu kỳ của điện áp đồng bộ (Uđbd). + Trong nửa chu kỳ dương (0 ). Khi Uđbd< Ung thìTr1 khóa, Tr2 cũng khoá do chịu điện áp điện áp ngược đặt vào mạch phát - gốc. Dưới tác dụng của Ucc qua điện trở định thiên R2 và Tr3 mở, dẫn dòng qua R3 làm Tr4 mở .

Do Tr3 và Tr4 mở bão hoà làm thế tại điểm A và điểm B 0. Hay nói tại A, B có mức logic “0”.

Hình 4.5 Đồ thị trạng thái của các trandito



Khi Uđbd> Ung thì Tr1 mở (Tr2 vẫn khóa do chịu điện áp ngược). Tr1 mở dẫn dòng qua Tr4 về (-)Ucc làm Tr3 khóa (thế B - E của Tr3 0) nên điểm A có mức lôgíc “1”, Tr4 mở nên điểm B có mức lôgíc “0”. Ở cuối nửa chu kỳ khi uđbd giảm đếnUđbd< Ung, Tr1 khoá nên điểm A lại có mức lôgíc “0” thì hiện tượng xảy ra tương tự ở đầu nửa chu kỳ nàyUđbd< Ung. + Kết luận:

+ Điểm A luôn có mức logic “1” khiUđbd> Ung + Điểm A luôn có mức logic “0” khiUđbd< Ung

+ Điểm B luôn có mức logic ‘0”. + Trong nửa chu kỳ âm (t = 2) Ở nửa chu kỳ âm này Tr1 chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc nên Tr1 khóa dẫn đếnTr3 mở nhờ điện trở định thiên R2 nên điểm A luôn có mức lôgíc “0”. Đối với Tr2 cũng xét tương tự như trường hợp trên. Đầu và cuối của nửa chu kỳ âm này (Uđbd< Ung) thì Tr2 khóa Tr3 mở bảo hòa nên điểm B có mức logic “0”. + Khi Uđbd> Ung thì Tr2 mở, Tr3 khóa làm cho điểm B có mức logic 1. + Kết luận:

+ Điểm A luôn có mức logic “0”. + Điểm B có mức logic “0” khi Uđbd> Ung + Điểm B cỳ mức logic “1” khi Uđbd< Ung + Vậy: Trong một chu kỳ quá trình tạo các xung chữ nhật (ứng với 2 mức lụgớc”0” và “1”) lặp đi lặp lại theo chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Các tín hiệu lấy từ điểm A và B được đưa tới 2 đầu vào của phần tử lôgic NOR (phần tử hoặc – không). Đầu ra của NOR (điểmC) nhận các mức lôgíc theo phương trình trạng thái của phần tử. + Căn cứ vào kết quả khảo sát trên xác định được mức lôgic tại đầu ra C của phần tử

C = A + B Bảng 4.1 Các mức logic của các điểm A,B,C

A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 1 0 0 0



+ Thời gian tồn tại mức lôgic “1” ở đầu ra rất ngắn (ở thời điểm đầu và cuối của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ khiUđb< Ung, giản đồ điện áp như hình 4.5

+ Mạch tạo điện áp răng cưa : Mạch tạo điện áp răng cưa gồm một bộ khuyếch đại thuật toán IC1, tụ điện C1 mắc thành mạch tích phân có khoá khống chế là một transistor. + Tín hiệu vào của mạch là tín hiệu ra của mạch tạo xung chữ nhật (đầu ra C của phần tử NOR). Đây là tín hiệu lôgic có 2 mức là “0” và “1”, được đưa tới cực gốc khoá khống chế Tr5. Nó đảm bảo chức năng khống chế sự hoạt động của mạch tích phân theo đúng yêu cầu đầu ra. Tín hiệu đầu vào của mạch tích phân là điện áp 1 chiều có trị số âm không đổi .

NOR

R 6

Tr 5

R 7

C1

IC 1

-

+

+-

Ur

-Ucc

C

Hình 4.6: mạch phát sóng răng cưa

+ Nguyên lý hoạt động của mạch: - Khi điểm C có mức lôgíc “0”, Tr5 khoá, bộ khuếch đại thuật toán IC1 cùng với tụ

C1 và các phần tử chức năng làm việc như mạch tích phân với nguồn điện áp đầu vào là - Ucc = - Uo. Tụ C1 được nạp bởi dòng đầu ra của khuếch đại thuật toán IC1. Nếu IC1 là lý tưởng thì có thể coi điện trở đầu vào là vô cùng. Khi đó dòng nạp của tụ điện C1 có giá trị không đổi . ic = - i1 = Uv / R7

+ Biểu thức điện áp nạp cho tụ:

t

cC QdttiC

tU0

01

)(1)(

Với ic = const nên điện áp trên tụ là:



+ covco

t

ovtc uu

RCudtu

RCU

.

.1.

.1

7171)(

+ Uco = Qo / C1 + Với giả thiết bộ KĐTT là lý tưởng, hệ số khuếch đại là vô vùng lớn, vậy nếu KĐTT đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện thế giữa 2 đầu vào được coi là bằng không, do đó điện áp ra của KĐTT của mạch bằng điện áp trên tụ. Nghĩa là điện áp đầu ra của sơ đồ là điện áp răng cưa tuyến tính đúng bằng điện áp trên tụ C1

+ Khi điểm C có mức lôgíc “1” thì Tr5 mở, tụ C1 phóng điện rất nhanh qua Tr5. Tụ C1 và Tr5 được chọn sao cho C1 có thể phóng hết điện tích trong thời gian Tr5 mở. Khi điện áp trên tụ C1 về không sẽ giữ nguyên giá trị bằng không và chuẩn bị cho việc tạo xung tiếp theo. + Với việc sử dụng mạch phát sóng răng cưa như trên thì ở đầu ra của mạch nhận được các điện áp răng cưa gần với dạng lý tưởng, sườn trước tăng tuyến tính, sườn sau gần dốc đứng.

t

0

U

t0

U

t0

t0

t0

A

UB

UC

URC

Ung

Hình 4.7 Giản đồ điện áp mạch phát xung răng cưa



2. Khâu so sánh. Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều của mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thường có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dạng răng cưa (Ur), điện áp điều khiển (Uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp Ur và Uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau. Có hai mạch nối Ur và Uđk trên đầu vào mạch so sánh như sau:

R

R Ura

SS

U0

Urc

U®k

IC 2

Urc

U®k

+Ucc

-Ucc

R

D

R

Hình 4.8: các sơ đồ mạch so sánh - Hình 4.8a nối nối tiếp Ur và Uđk (tổng hợp nối tiếp) - Hình 4.8b nối song song Ur và Uđk qua các điện trở tổng hợp (tổng hợp song song). + Dùng vi mạch cho phép xác định góc chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hoà rất nhanh. Trong bản đề tài này em sử dụng mạch điều khiển dùng khâu so sánh với sơ đồ sau:

R10

R9

R8

E

UraIC2

U0

Urc

U®k

Hình 4.9 Sơ đồ mạch so sánh dùng vi mạch + Điện áp răng cưa Urc lấy từ đầu ra của bộ phát sóng răng cưa. + Điện áp điều khiển Uđk được lấy từ đầu ra của bộ khuyếch đại trung gian đặt trên R8 + Điện áp chuyển dịch U0 được đặt trên R10 để chuyển dịch điện áp răng cưa sao cho khi Uđk = 0 thì xung điều khiển phát ra với giá trị góc điều khiển bằng 900 với:



U0 = 0,5.Urcmax. + Như vậy điện áp vào khối so sánh là Uv = Urc

Nguyên lý làm việc của khâu so sánh: Khâu so sánh gồm 3 điện áp đưa vào đầu vào. Điện áp điều khiển Uđk là tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung gian (KĐTG), được sử dụng mạch phát sóng răng cưa làm điện áp tựa. Điện áp -Uo lấy trên R10 do nguồn chỉnh lưu bên ngoài cung cấp. Trị số -Uo thoả mãn điều kiện Uo + Urc = 0 tại thời điểm = / 2 tại Uđk = 0. KĐTT IC2 làm việc ở chế độ bão hoà nghĩa là nó có thể biến đổi tức thì giá trị điện áp trên đầu ra của nó từ mức bão hoà âm sang dương hay ngược lại khi tín hiệu vào đổi dấu. Khi đó tổng đại số Uo + Urc so sánh với Uđk sẽ có các trường hợp sau: Urc + Uo + Uđk < 0 Ura = UE > 0 IC2 có mức bão hoà dương Urc + Uo + Uđk = 0 Bắt đầu lật trạng thái Urc + Uo + Uđk > 0 Có mức bão hoà âm Kết luận: điện áp của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hòa dương và bão hòa âm. Các xung điện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung - Đồ thị giản đồ điện áp ra khâu so sánh

t

Ur

U0U + rc U0

U + rc U +0 Udk

Ura

Ung

Udb®

Urc

Ur

Ur

t

t

t

t

Hình 4.9: Đồ thị điện áp ra của so sánh



3. Khâu tạo xung: Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau... mà người ta thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh thường chưa đủ các thông số yêu cầu của điện cực điều khiển tiristor. Để khắc phục các vấn đề này thì cần phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi độ dài xung, phân chia xung và truyền xung từ đầu ra của mạch phát xung đến điện cực điều khiển và katot của tiristor. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau:

+ Mạch sửa xung + Mạch phân chia xung. + Mạch gửi xung + Mạch khuếch đại xung + Mạch truyền xung đến Tirstor (thiết bị đầu ra)

++ Mạch sửa xung: Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy rằng khi thay đổi trị số Uđk để thay đổi góc điều khiển thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Như vậy là sẽ xuất hiện tình trạng có một số trường hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung. Mạch sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các vấn đề trên. Mạch sửa xung được làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với các độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. 3.1 Mạch sửa xung.

R 12 R 13

R11 C2

IC2-

+ Tr6

D1

+Ucc

Ur+ -

(-) (+)

E

Hình 4.10: Sơ đồ mạch sửa xung



U

tx t

t

U

0

0

+ Điện áp đầu vào là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh (điểm E) có hai mức bão hòa dương và âm trong mạch sửa xung này hai phần tử C2 và R11 sẽ quyết định độ dài của xung ra (Ura). ++ Nguyên lý làm việc của mạch: - Khi điện áp vào (Uv) có mức bão hòa dương (tức là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hòa dương) cùng với sự có mặt của định thiên R12 làm cho Tranzitor Tr6 mở bão hòa và tụ C2 nạp điện theo đường +Uv (điểm E) C2 R11 Tr6. Tr6 mở bão hòa dẫn đến điểm F có mức logic “0” (Ura = 0). Mức logic “0” này của điểm F tồn tại suốt trong quá trình Uv bão hòa dương. - Khi điện áp đầu vào ở mức bão hòa âm (Uv < 0) tụ C2 phóng điện D1 R11 - C2. Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr6 làm cho Tr6 khóa dẫn đến điểm F có mức logic “1” nghĩa là ở đầu ra nhận được xung ra. Do điện trở ngược của Tr6 rất lớn nên Ura Ucc. - Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ có R12 mà thế (+) lại đặt lên mạch phát - gốc của Tr6 làm đầu ra lại có mức lôgíc “0”. Mặc dù còn xung âm ở đầu vào nhưng nhờ có R12 mà Tr6 mở bão hoà. Như vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức: tx = R11. C2 . ln2 - Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R11 và C2 do đó các xung ra luôn có độ rộng không đổi. Hình 4.11 Giản đồ điện áp mạch sửa xung 3.2 Mạch chia xung. Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này lệch nhau 1800 độ điện. Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. Như vậy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra.

Để thực hiện mạch tách đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên, ta sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử logic "và" (AND). Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái.

Y = X1.X2



X p1

X p2

X1

F

X 2

A

B

G

G

1

2

Hình 4.12 Sơ đồ mạch chia xung

+ Đầu vào của phần tử là các tín hiệu của mạch tạo xung điện áp chữ nhật (điểm A và điểm B ở sơ đồ trước, lấy ở cực góp của Tr3 và Tr4) có 2 mức lôgíc “0” và “1” trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (trên cực góp Tr6) có mức lôgíc “0” và “1” cũng tương ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Như vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phần tử AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Xp1 = A.F, Xp2 = B.F + Trong nửa chu kỳ dương của điện áp đồng bộ hoá, sau một góc điều khiển thì F = “1”; A = “1”; B = “0” nên nhận được Xp1 = 1 còn Xp2 = 0 + Trong nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ hoá, sau góc điều khiển thì F = 1; A = 0; B = 1 nên ta nhận được Xp1 = 0 còn Xp2 = 1 + Như vậy, với mỗi một kênh phát xung sử dụng mạch tách xung như trên đảm bảo tách riêng rẽ được các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi. Các xung sau khi tách ra được đưa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tương ứng. 3.3 Mạch gửi xung.

2

D3

X p1

X1

A G1

F

D

Hình 4.13 Sơ đồ mạch gửi xung

+ Do tính chất của bộ chỉnh lưu cầu thì tại một thời điểm phải có hai Tiristor được mở đồng thời trong đó một van nhóm anốt chung và van kia ở nhóm katốt chung. Vì 2 bộ biến đổi cầu 3 pha mắc song song ngược là giống hệt nhau nên chỉ cần xét đại diện cho



một bộ chỉnh lưu, bộ còn lại sẽ được suy ra tương tự. Giả sử xét với bộ biến đổi BBĐ1 gồm các van T1T T6T. Nguyên tắc điều khiển là theo thứ tự T1T, T2T, T3T, T4T, T5T, T6T van đứng sau sẽ mở sau van đứng kế trước góc /3. Vậy khi 1 van nào đó nhận được xung điều khiển thì van đứng liền trước nó cũng phải nhận được xung điều khiển. Từ các phần tích như trên, ta đưa ra nguyên lý gửi xung. Khi T1

nhận được xung thì gửi tới T6, xung T2 gửi cho T1. Cứ như vậy van đứng sau nhận được xung thì gửi lên cho van đứng trước nó mở.

+ Mạch gửi xung được sử dụng các phần tử diôt làm việc theo phương trình trạng thái: Ura = Uv1 + Uv2 với các Uv1 và Uv2 là các tín hiệu đầu vào có các mức logic 0 và logic 1 (Uv1, Uv2 là các mức logic đầu vào). Đầu ra của mạch gửi xung đưa tới đầu vào của mạch khuếch đại xung. Với việc thực hiện mạch gửi xung như trên sẽ đảm bảo có thể khởi động được sơ đồ chỉnh lưu một cách chắc chắn mà không cần thiết phải kéo dài xung điều khiển.

3.4 Thiết bị đầu ra và mạch khuếch đại xung. * Thiết bị đầu ra: (mạch truyền xung ra đến Tiristor) + Thông thường có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thông điều khiển mạch điện cực G - K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung. + Bản thuyết minh này sử dụng phương pháp truyền xung qua máy biến áp xung. Đây là phương pháp truyền xung nhiều nhất hiện nay vì nó có thể khắc phục được các nhược điểm của phương pháp truyền xung trực tiếp, đó là: + Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. + Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp. + Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp. - Máy biến áp xung (BAX) về cơ bản kết cấu giống như máy biến áp bình thường công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tương tự như MBA làm việc với dòng điện áp không sin hoặc có thể xác định như là phi tuyến và sẽ bằng không khi từ trường lõi thép BAX đặt giá trị bão hòa. BAX có mạch từ rất chóng bão hòa, nó chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn.



* Mạch khuếch đại xung: + Để khuếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Ở đây em sử dụng Tranzitor làm mạch KĐX vì phổ biến và dễ dàng thực hiện. Sơ đồ nguyên lý của mạch đại xung như hình vẽ sau:

Uv

R14

R 16

Tr7

Tr8

D4 D5

D6+Ucc

R15

G

K

Hình 4.13 Sơ đồ mạch khuếch đại xung + Tín hiệu đầu vào (Uv) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra được sử dụng là biến áp xung (BAX). + Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiều Darlingtor (mắc nối tiếp hai Tranzitor). + Hai Tranzitor Tr7 và Tr8 mắc nối tiếp tương đương với một Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần: = 1.2. Trong đó 1 và 2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr7 và Tr8. * Chức năng của các phần tử trong sơ đồ như sau: - R14, R15 là điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào - R16 là điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện colector. - D4 là điôt có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của BAX khi các Transitor khoá , đồng thời hạn chế quá điện áp trên Transitor . - D5 để bảo vệ cuộn dây thứ cấp của BAX như đối với D4 của mạch sơ cấp . - D6 để ngăn xung âm có thể tới cực điều khiển của Tiristor như các Transistor khác .



* Nguyên lý làm việc của sơ đồ: + Tín hiệu vào của mạch khuếch đại xung (Uv) là tín hiệu ra của mạch gửi xung đây là tín hiệu logic có 2 mức logic “0” và “1”. Để phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ ta gọi.

- txv: Thời gian tồn tại của một xung điện áp vào. - tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi

Tr7 và Tr8 mở bão hòa) đến lúc từ thông lõi thép của BAX đặt giá trị từ thông bão hòa. - txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện áp ra + Xét trường hợp tbh > txv. - Trong khoảng t = 0 t1 lúc này chưa có xung vào (Uv = 0) không có dòng chạy trong cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp trên cuộn thứ cấp, UđkT = 0 (chưa có tín hiệu điều khiển Tiristor). - Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (Uv > 0) làm cho Tr7 và Tr8 mở bão hòa, nên cuộn W1 đột ngột chịu điện áp Ucc, xuất hiện dòng qua cuộn W1 có giá trị tăng dần, do đó cảm ứng sang phía thứ cấp (W2) của BAX một xung điện áp. Với cực tính của hai cuộn dây như ở hình trên thì xung xuất hiện bên W2 sẽ đặt cực thuận lên D6 và truyền qua D6 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Tiristor. - Khi t = t1 + txv = t2 (lúc này mạch từ chưa bão hòa), mất xung vào (Uv = 0) làm cho hai Tranzitor Tr7 và Tr8 đồng thời khóa lại, dòng qua cuộn W1 giảm về không. Do có sự giảm dần của dòng điện sơ cấp BAX nên từ thông trong lõi thép BAX biến thiên theo huóng ngược lại lúc Tr7 và Tr8 mở dẫn đến trong các cuộn dây BAX xuất hiện xung điện áp với cực tính ngược lại (xung âm), xung này ở cuộn thứ cấp làm khóa D6 nên không còn xung trên cực điều khiển của Tiristor tức là Uđk1 = 0. + Tác dụng của D4: Khi mất xung vào, các Transitor khóa lại gây nên sự giảm của dòng cuộn W1 làm xuất hiện các xung âm trên các cuộn dây ngược cực tính với lúc các Transitor mở, thì xung trên cuộn sơ cấp đặt thuận trên D4 làm D4 mở. Do vậy mà dòng qua cuộn sơ cấp BAX không giảm đột ngột, nên xung điện áp xuất hiện trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ nên rất an toàn cho các Transitor. + Tác dụng của D5 cũng tương tự như D4: Giả sử không có D4 mà trong sơ đồ lại có D5. Tại thời điểm mất xung vào, các Transitor khóa lại, xuất hiện các xung điện áp âm trên các cuộn dây BAX. Như vậy, cuộn sơ cấp hở mạch nên dòng qua cuộn sơ cấp giảm đột ngột về bằng không. Như vậy, cuộn sơ cấp hở mạch nên dòng qua cuộn sơ cấp giảm đột



ngột về bằng không, do xung trên cuộn thứ cấp lại đặt thuận lên D5 nên sẽ có dòng khép kín qua D5 và cuộn thứ cấp của BAX. Kết quả là từ trường trong lõi thép BAX giảm chậm nên xung điện áp cảm ứng trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ, đảm bảo an toàn cho các Transito và BAX. + Xét trường hợp tbh < txv. - Trong khoảng từ 0 t1: chưa có xung ở đầu vào (Uv = 0) nên Tr7 và Tr8 khóa do đó không có dòng điện qua W1 nên phía thứ cấp W2 không có xung cảm ứng sang, kết quả là không có xung điều khiển Tiristor (Uđkt = 0). - Khi t = t1 thì bắt đầu có xung áp vào (Uv > 0) làm cho Tr7 và Tr8 mở bão hòa, Trên cuộn sơ cấp BAX (W1) đột ngột được đặt điện áp Ucc và có dòng tăng dần đi qua. Với các cực tính cuộn dây như hình trên thì phía thứ cấp BAX (W2) có xung đặt lên cực thuận nên điốt D6 và truyền qua đến cực điều khiển (G) và Katốt (K) của Tiristor. - Khi t = t1 + tbh thì mạch từ BAX bị bão hòa, nên từ thông lõi thép không biến thiên dẫn đến xung cảm ứng trên các cuộn dây mất, do đó mất xung đến các cực Tirisitor (Uđk1 = 0). - Khi t = t1+ txv = t2 mất xung áp vào (Uv = 0) dẫn đến Tr7 và Tr8 cùng khóa. Dòng qua W1 giảm dần về không. Sự giảm dần của dòng qua W1 làm từ thông trong lõi thép BAX biến thiên theo hướng ngược lại. Các xung điện áp âm này cũng bị khử nhờ D4 hoặc D5 như ở trường hợp trên. Như vậy, trong trường hợp này độ dài xung ra bằng thời gian bão hòa của BAX: txr = tbh

U®k

Uv

t

t

t1 t 2

t xv

tbh

tt xv

t

t1 t 2

t bh

U®k

Uv

0

0 0

0

a) Khi t > tbh xv b) Khi t > txv bh

t1 t2

Hình 4.14 Đồ thi điện áp của máy biến áp + Kết luận: Thời gian làm việc của mạch từ máy BAX có ảnh hưởng rất lớn đến độ dài của xung ra điều khiển của Tiristor. Trong trường hợp tbh > txv thì độ dài của xung ra đúng



bằng độ dài của xung vào (txt = txv). Còn trong trường hợp tbh < txv thì độ dài của xung ra đúng bằng thời gian để cho mạch từ của BAX bão hòa (txt = tbh). Vậy cần phải cho BAX có thời gian bão hòa của mạch từ đủ lớn. 4. Mạch tạo điện áp chủ đạo Mạch tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn +15V và -15V. " Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T-N ”.

WR1

R17

Uc®

T

TN

N

+ 15 V

- 15 V

Hình 4.15: Sơ đồ mạch tạo điện áp chủ đạo

5. Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt

Để tránh dòng điện trong động cơ tăng quá mức cho phép khi khởi động, hãm, đảo chiều hay gặp quá tải. Ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng. Ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện. Để hạn chế dòng điện một cách tự động, ta dùng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. Khâu ngắt có tác dụng khi có quá dòng phần ứng động cơ tăng quá dòng ngắt khâu ngắt tác dụng để hạn chế dòng điện. Sơ đồ mạch như hình vẽ:

+

-abc

C

DDD

IC3

R185

WR2

13

2D6D4 D- 15 V+ 15 V

C 3 R19

+

- IC5

R21

R20

U®kN

U®kT

Tr9

Hình 4.15: Sơ đồ mạch lấy tín hiệu dòng điện có ngắt



Chọn bộ điều chỉnh PI với IC3 như hình 4.15, IC3 là bộ khuếch đại thuật toán. Tín hiệu phản hồi dòng được lấy trên điện trở điều chỉnh WR2 thông qua bộ biến dòng và bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.

Máy biến dòng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển. Điện áp ra của TI được chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha (để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI là dòng điện xoay chiều). - Nguyên lý làm việc:

Khi Iư Ing, điện áp đầu ra IC2 có dấu dương nên các diode khoá, mạch phản hồi chưa có tác dụng.

Khi Iư Ing, điện áp ra có giá trị âm, lúc này mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở làm giảm dòng phần ứng.

5. Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ

C 4

+

- IC4

R23

R22

FTWR3

Hình 4.16 Mạch lấy tín hiệu phản hồi tốc độ

+ Ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao độ đặc tính cơ. Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc của hệ khi khởi động. Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (n) được lấy từ máy phát tốc FT nối cùng với động cơ. Tín hiệu này tỉ lệ tuyến tính với tốc độ động cơ. + Ở đây ta chọn bộ điều chỉnh PI làm bộ khuếch đại thuật toán.



6. Thiết kế mạch nguồn nuôi một chiều

+15 V

-15 V

7815

7915

C6

C7

D D D1 3 5

D6 D2D4

+-

+-

BA

Hình 4.16 Sơ đồ mạch nguồn nuôi một chiều

Nguồn nuôi tạo điện áp 15 (V) để cấp nguồn nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ. Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt. Điện áp

thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 của máy biến áp là : VU 18,142

2021

, chọn 15 (V). Để ổn

định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 và 7915 có các thông số chung: - Điện áp đầu vào: UVào = 7 35 (V)

- Điện áp đầu ra: IC 7815 có Ura = 15V; IC 7915 có Ura = - 15 (V) - Dòng điện đầu ra: Ira = 0 1 (A) - Sụt áp nhỏ nhất trên IC 7815 là U = 4 (V)

+ Ud = 15 - 4 = 11 (V) ; )V(75,13

8,011U2

Ta chọn U2 = 15 (V). + Tụ C6, C7 dùng lọc thành phần sóng dài bậc cao. Chọn các tụ có điện dung : C = 470 F, U = 35 (V)



III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN

Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tần số khuếch đại ngược trở

lên.

Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor. Các thông số

cơ bản để tính mạch điều khiển:

- Điện áp ngược cực đại của van : Unv max = 500 (V).

- Dòng điện định mức của van : Iđmv = 600(A).

- Dòng điện đỉnh cực đại : Ipik max = 8000 (A).

- Dòng điện xung điều khiển : Ig max = 150 (mA).

- Điện áp xung điều khiển : Ug max = 5 (V).

- Dòng điện rò : Ir max = 45 (mA).

- Sụt áp lớn nhất trên Tiristor ở trạng thái dẫn : Umax = 2,6 (V).

- Tốc độ biến thiên điện áp : )/(200 sVdt

dU

- Tốc độ biến thiê dòng điện : )/(100 sVdtdi

- Thời gian chuyển mạch của Tiristor : tcm = 2000 (s).

- Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax = 125 (0C).

- Độ rộng xung điều khiển tx = 167 ( s ) – tương

đương với 30 điện.

- Tần số xung điều khiển fx = 3 (kHz).

- Độ mất đối xứng cho phép 04

- Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = )(15 V

- Mức sụt biên độ xung sx = 0,15



1. Tính toán máy biến áp xung

Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá B = 0,3T; H = 30A/m không có khe hở không khí. + Tỷ số biến áp xung thường là

322

1 UUn Ta chọn n = 3

+ Để đảm bảo tristor mở khi điện áp lưới dao động ta chọn điện áp đặt lên cuộn thứ cấp BAX là: U2 = Uđk = 2,5V + Để đảm bảo tristor mở ta chọn dòng điện đặt lên cuộn thứ cấp BAX là:

I2 = Iđk = 1,5A + Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA là: U1 = m.U2 = 32,5= 7,5 V + Dòng điện đặt lên sơ cấp BAX là:

)(5,035,12

1 AnII

+ Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt từ là: 3

60

10.83010.25,1

3,0

HB

tb

Trong đó: 60 10.25,1 (H/m) là độ từ thẩm của không khí

+ Thể tích lõi sắt từ cần có:

3

2

463

2110

834,03,0

5,05,715,0102,110.25,1108 cmV

BIUStlQV xxtb

Trong đó: Q là tiết diện lõi sắt I 2' là dòng thứ cấp quy đổi sang sơ cấp

+ Chọn V = 0,834.10-6 m3 = 0,834 cm3 ta chọn mạch từ OA-20/25-6,5 có thể tích V = Q. l = 0,162.7,1 = 1,15 cm3. Với thể tích đó ta có kích thước mạch từ như sau: (Theo bảng II.2. Điện tử công suất) + Q = 0,163 cm2 = 16,3 mm2, a = 2,5 mm, b = 6,5 mm, Qcs = 3,14 cm2

d = 20 mm, D = 25 mm, chiều dài trung bình l = 7,1 cm + Số vòng quấn dây cuộn sơ cấp BAX:

Theo định luật cảm ứng điện từ: U1 = w1.Q.dB/dt = w1.Q.B/tx



w1 = xtQB

U.

.1

= 227 vòng

+ Số vòng dây quấn thứ cấp: w2 = w1/m = 227/3 =75(vòng)

+ Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1= 1

1

JI =

610.6 3

= 0,001 mm2

(Chọn mật độ dòng điện là J1 = 6 (A/mm2)

+ Đường kính dây quấn sơ cấp MBA là: d1 =

14S 0,084 mm

(Chọn dây có đường kính d1 = 0,1 mm; S2 = 0,00785 mm2)

+ Tiết diện dây quấn thứ cấp: S2 = 42,0

2

2 JI = 0,05 mm2

(Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 A/mm2)

+ Đường kính dây quấn thứ cấp MBA là: d2 =

24S 0,178 mm

(Chọn dây có đường kính d2 = 0,18 mm; S2 = 0,02545 mm2)

+ Kiểm tra hệ số lấp đầy: Klđ = 0117,0314

75.02545,0227.00785,02211

csQSwwS

Như vậy, cửa sổ đủ diện tích cần thiết

d

a

b

Hình 4.17: Hình chiếu lõi biến áp xung



2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng Chọn Tranzitor công suất loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số: + Tranzitor loại npn, vật liệu bán dẫn Si + Điện áp giữa Colectơ và Bazơ khi hở mạch Emito là: UCBO = 40V + Điện áp giữa Emito và Bazơ khi hở mạch Colecto là: UEBO = 4V + Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chụi đựng là: Icmax = 500 mA + Công suất tiêu tán Colecto là: Pc = 1,7 W + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp là: T1 = 1750C + Dòng làm việc của Colecto là: Ic3 = I1 = 33,3 mA + Dòng làm việc của Bazo là; IB3 = IC3/ = 33,3/50 = 0,66 mA Chọn nguồn cấp cho BAX là +15V ta phải mắc thêm điện trở R16 nối tiếp ở đầu vào máy biến áp ta có:

R16 = 5,0

15

1IU cc 30

+ Tính chọn giá trị điện trở R14 và R15 : Ta biết dòng điện vào cự Bazo của

Transistor là 0,66mA : )(73,2210.66,0

15314

k

IUR

Bazo

cc chọn R14 = R15 = 23k

Tất cả các Diode trong mạch điều dùng loại 1N4009 có các tham số sau: - Dòng điện định mức: Iđm = 30A - Điện áp ngược lớn nhất: Un = 25V - Điện áp cho Diode mở thông: Um = 1V 2. Tính toán khâu tạo xung 2.1 Chọn các cổng AND + Chọn các cổng AND loại IC loại 4081 họ CMOS. Mỗi IC có cổng AND có các thông số sau :

Nguồn nuôi IC Vcc = 318 V. Chọn Vcc = 15 V . Nhiệt độ làm việc: - 40o 80o . Điện áp ứng với mức logic 1: 2 4,5 V Dòng điện nhỏ hơn 1 mA .



Công suất tiêu thụ P = 2,5 (mW / 1 cổng ) 2.2 Chọn transistor Tr6

+ Chọn Tranzito loại pnp làm bằng Si có các thông số: Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito: UCBO = 25 (v) Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng: Icmax = 100 (mA) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tcp = 1500 C Hệ số khuếch đại: β = 250 Dòng cực đại của Bazơ: IB3 =Ic /β = 100/250 = 0,4 (A)

2.3 Chọn các điện trở R11 R13

+ Điện trở R11 , R12 dùng để hạn chế dòng điện dưa vào Bazo của Transitor Tr6, chọn R11 và R12 thõa mãn các điều kiện:

R11 = R12 6bI

U = 5,37

4,015

Chọn R11 = R12 = 50

Trong đó: C2.R11 = tx = 167 s . Từ đó suy ra: C2 = tx/R9 = 167/22.103 = 0,0073 F .

Từ đó ta chọn C2 = 0,03 F . + Điện trở R13 dùng để hạn chế dòng điện dưa vào Colector của Transitor Tr6, chọn R13 thõa mãn các điều kiện:

R13 6cI

U = )(15

10.115

3

k Chọn R13 = 15 k

3. Tính toán khâu so sánh 3.1 Chọn IC (IC2) + Chọn IC loại TL084 có các thông số

Điện áp nguồn nuôi : Vccmax = 18 V. Chọn Vcc = 15 V

Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: 30 V

Nhiệt độ làm việc: T = - 25o C 85 oC

Công suất tiêu thụ: P = 680 mW = 0,68 W

Tổng trở đầu vào: Rin = 106 ( M )

Dòng điện đầu ra: Ira = 30 (pA)



Tốc độ biến thiên điện áp cho phép: du 13(V / s)dt

3.2 Chọn các điện trở R8 R10

+ Đối với IC TL084 nếu nguồn nuôi Vcc = 15V thì điện áp vào là Uv = 15V, dòng điện vào được hạn chế để Ilv > 1mA.

Chọn R8 = R9 = R10 > Uv/Iv = 15/1.10-3 = 15 k Do đó chọn R8 = R9 =R10 = 15 k

4. Tính toán khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa 4.1 Tính chọn tụ C1

+ Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C1, mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có trong một nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được:

Tr = R1.C = 0,005s ; Chọn tụ C1 = 0,1 F 4.2 Chọn IC (IC1) + Chọn IC loại TL084 có các thông số








4.3 Chọn transistor (Tr1 Tr5) + Chọn Tranzito loại pnp làm bằng Si có các thông số:

Điện áp giữa Colecto và Bazơ khi hở mạch Emito: UCBO = 25 (v) Dòng điện lớn nhất ở Colecto có thể chịu đựng: Icmax = 100 (mA) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp: Tcp = 1500 C Hệ số khuếch đại: β = 250 Dòng cực đại của Bazơ: IB3 =Ic /β = 100/250 = 0,4 (A)



4.4 Chọn điện trở R0 R7 + Các điện trở R0 và R1 chọn bằng giá trị điện trở R11 , ta được: R0 = R1 = 50 () + Các điện trở R2, R3 và R4 chọn bằng giá trị điện trở R13 , ta được: R2 = R3 = R4 = 15 (k ) + Chọn R7 = R9 = 15 (k), R6 = R11 = 50 () 4.5 Chọn cổng NOR + Chọn cổng NOR với 2 đầu vào loại 74LS33 với các thông số:

Điện áp cung cấp min: 4,5 V Dòng điện đầu ra: 24A Nhiệt độ cho phép min: -55oC Nhiệt độ cho phép Max: 125oC

4.5 Tính toán máy biến áp đồng bộ + Biến áp trục ba pha có ba trục, mỗi trục ứng với 1 pha. Mỗi pha bao gồn 1 cuộn

dây sơ cấp và 2 cuộn dây thứ cấp. Một cuộn dây thứ cấp để cung cấp nguồn +15V, một cuộn thứ cấp để cung cấp nguồn -15V. Đồng thời hai cuộn dây này có một điểm chung để tạo ra điểm 0 và tạo điện áp đòng pha. + Điện áp lấy ra ở cuộn thứ cấp là điện áp đồng pha đồng thời là điện áp cung cấp cho mạch nguồn nên lấy U2 = 15V. + Dòng điện đi vào cuộn thứ cấp là dòng qua các IC ta lấy I2= 50mA. + Công suất cấp cho cuộn thứ cấp làm nhiệm vụ tạo điện áp đồng pha

Pđp = 6.Uđp . Iđp = 6 . 15. 50.10-3 = 4,5 W + Công suất tiêu thụ ở 9 IC loại TL084 họ là :

P IC= 9.0,68 = 6,12 W + Công suất tiêu thụ cho các IC logic các công suất này khá nhỏ so với công suất của mạch điều khiển nên ta có thể không tính đến mà bù vào hệ số dự trữ công suất của máy biến áp. + Công suất máy biến áp là :

SBA= 4,5 + 6,12 = 10,62 W. + Bản thân máy biến áp có tổn thất trong lõi thép, điện trở dây quấn. Mạch điều khiển cũng có nhiều phần tử như trở, tụ….do đó ta lấy hệ số tổn hao của biến áp là 10% do đo

SBA = 10,62 .110/100 = 11,682 W. + Dòng điện sơ cấp máy biến áp :



)(016,04,238.3

682,11.3 1

1 AUSI

+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp :

)(1298,015.6682,11

.3 12 A

USI

+ Tiết diện hình trụ của máy biến áp được tính theo công thức kinh nghiệm :

QT = kQ. Sm.f

Trong đó kQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát kQ= 6; f là tần số lưới điện f=50Hz; m=3 là số trụ của biến áp. Nên ta tính được :

QT= 674,150.3682,116 cm2

Chuẩn hóa có QT =1,7 cm2 ta có các thông số tương ứng của lõi thép như sau : a =25mm Số lá thép là 68 lá thép h =62,5mm c =25mm V =72,7cm3 P =60W.

a

chH

L

Hình 4.18 Kích thước máy biến áp đồng bộ của một pha

+ Chọn mật độ từ cảm là B=1T trong trụ, ta có số vòng dây cuộn sơ cấp :

)(631710.7,1.1.50.44,4

4,238...44,4 4

11 vòng

QBfUW

T

+ Chọn mật độ dòng điện là J1=J2=2,75A/mm2



Tiết diện dây sơ cấp là :

2

111 0059,0

75,2.4,238.3682,11

...3mm

JUSS

Đường kính dây sơ cấp là :

mmSd 087,00059,0.4.4 11

Đường kính kể cả cách điện d1cd =0,1 mm + Số vòng dây cuộn thứ cấp :

)(3984,238

15.63171

212 vòng

UUWW

+ Tiết diện dây thứ cấp :

S2=2 2

S 46,365= 0,2346.U .J 6.12.2,75

mm2.

2

222 0472,0

75,2.15.6682,11

...6mm

JUSS

+ Đường kính dây thứ cấp :

mmSd 245,00472,0.4.4 22

Đường kính có kể cách điện d2cd = 0,25 mm + Chọn hệ số lấp đầy là kld = 0.7. Ta tính bề rộng cửa sổ là :

mm

hk

WdWdc

ld

cdcd58,1

5,62.7,0

398.25,06317.1,04

.

..4

222

221

21

c= 1,58 mm ta chọn c = 12 mm. + Chiều dài của mạch từ :

L=2c+3a =2.12+3.25 = 99 mm + Chiều cao của mạch từ :

H = h+2a = 62,5 + 2.25 = 112,5 mm



5. Tính chọn thiết bị trong khâu phản hồi dòng điện và điện áp 5.1 Tính chọn thiết bị trong khâu phản hồi dòng điện 5.1.1 Chọn Diode + Chọn các diode loại 1N4009 có các tham số sau: - Dòng điện định mức: Iđm = 30, Điện áp ngược lớn nhất: Un = 25V - Điện áp cho Diode mở thông: Um = 1V 5.1.2 Chọn IC3

+ Chọn IC loại TL084 có các thông số








5.2 Tính chọn các thiết bị trong khâu phản hồi tốc độ 5.2.1 Chọn IC4

+ Tương tự như khâu phản hồi dòng điện ta chọn các IC loại TL084 có các thông số








5.2.2 Chọn giá trị các điện trở và tụ điện trong mạch phản hồi

+ Tính toán ở phần hiệu chỉnh các giá trị điện trở và tụ điện trong mạch



Chương V ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG

I. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 1. Các tham số cơ bản:

+ : Hệ số phản hồi âm tốc độ = 0,0682

+ R : Tổng điện trở mạch phần ứng R = 0,105 ().

+ Iư: Trị số dòng điện trên tải, tính theo dòng định mức động cơ

+ Iưđm = 223 (A)

+ KĐ: Hệ số khuếch đại của động cơ.

2. Hệ số khuếch đại của động cơ

Ta có: 052,3223.105,0220

600.

11

đmđm

đm

đmeeĐ IRU

nCk

k

3. Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi kb

Để tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi (Kb) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ Ud = f(Uđk) sau đó tuyến tính hoá đặc tính này ra đặc tính hệ số góc của đoạn đặc tính đó. Hệ số của đoạn đặc tính cơ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi

đk

db U

Utgk

Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f() và = f(Uđk)

* Xây dựng quan hệ Ud = f(): + Coi hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục: Ud = Ud0.cos Trong đó: + Ud0 = 241,38 là điện áp chỉnh lưu không tải của bộ biến đổi + là góc điều khiển. Cho biến thiên từ = (0 /2) ta được các trị số Ud lập thành bảng sau:

Bảng 5.1: Quan hệ giữa góc mở và điện áp Ud

0 /12 /6 /4 /3 /2

Ud (V) 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 0



* Xây dựng quan hệ = f(Uđk) + Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) thì giá trị góc điều khiển cũng thay đổi theo. Ứng với mỗi (Uđk) khác nhau ta nhận được các giá trị của . Căn cứ vào đồ thị của Uđk và điện áp tựa Urc, ta thấy góc biến đổi theo Uđk với quy luật sau:

= )21()1(2

rcdk

rc

dk UUUU

. Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán thì

tín hiệu là Urcmax = 14 (V) nên biên độ cực đại của Urc là Urcmax = 14 (V). Song khi thực hiện so sánh thì Urc được dịch đi sao cho Urc = 0 khi = /2, nghĩa là ta chỉ sử dụng nửa

biên độ cực đại của Urc Uđk = ).21()21(2

max

fU rc Cho biến thiên từ

= (0 /2) ta được các trị số Uđk lập thành bảng : Bảng 5.2: Quan hệ giữa góc mở và điện áp Uđk

0 /12 /6 /4 /3 /2

Uđk (V) 7 5,83 4,7 3,5 2,33 0

Quan hệ Ud = f(Uđk): Bảng 5.3: Quan hệ giữa Ud và điện áp Uđk

Ud 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 0

Uđk (V) 7 5,83 4,7 3,5 2,33 0

+ Ta có: kb = 84,2533,27

69,12038,241

dk

d

UU

4. Hệ số khuếch đại trung gian + Ta có các thông số đã có:

kb Iư(A) R() KĐ St(max) D nđm(v/p)

25,84 0,0682 223 0,105 3,052 5% 6,67 600



+ thay các giá trị trên vào (7) ta được:

66,2061600.05,0

67,6).05,01.(052,3.105,0.2230682,011

.

).1(...1

đmt

tĐu

nS

DSkRIk

+ Vậy hệ số khuếch đại trung gian kTG là:

Ta có k = kI.kn = kTG.kb.kĐ Đb

TG kkkk.

62,2052,3.84,25

66,206TGk

5. Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) của toàn hệ thống

Ta có: kyc = kTG.kb .kĐ. = 2,62.25,84.3,052.0,0682 = 14,10 + Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại là KYC = 14,10 Để thực hiện mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng các vi mạch khuếch đại thuật toán A741 mắc nối tiếp cùng với các điện trở chức năng.

Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hưởng

của nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức.

Khảo sát hệ thống là để xét xem hệ thống đó có ổn định hay không, để từ đó tiến

hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt được các chỉ tiêu mong muốn.

Khảo sát chế độ động của hệ thống, là việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái

niệm. Khi sự chuyển biến trạng thái của hệ thống sảy ra một cách đột ngột, hoặc rất

nhanh mà tốc độ biến thiên năng lượng điện từ, năng lượng điện cơ là không thể bỏ qua

nghĩa là các khâu quán tính đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của hệ thống.

Khi khảo sát chế động của hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc trong

thời gian chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác.

Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian. Để

khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng hàm

truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có ổn định

hay không. Còn nếu như hệ thống chưa ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất

lượng của hệ thống.



II. KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG 1. Khái niệm chung Khảo sát chế độ tĩnh của hệ thống được tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cứng đặc tính cơ của hệ thống. Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay không qua đó mô tả được quá trình diễn biến của hệ thống và các chế độ làm việc của nó, từ đó có thể đánh giá được chất lượng tĩnh của hệ thống truyền động của máy bào giường. Việc khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống máy bào giường được thực hiện thông qua việc xây dựng đặc tĩnh của hệ thống. Xây dựng đặc tĩnh của hệ thống là xây dựng mỗi quan hệ giữa tốc độ với mômen [n = f(M)] hoặc quan hệ tốc độ với dòng điện [n = f (I)]. Thông thường thì xây dựng đặc tĩnh cơ điện [n = f(I)], vì dòng điện qua động cơ sẽ phản ánh trực tiếp chế độ tải. Khi xây dựng đặc tính tĩnh, đối với hệ thống truyền động điện có các phần tử làm việc ở vùng phi tuyến và vùng tuyến tính nên ta cần có các giả thiết. - Động cơ làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà. - Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi = const. - Tiristor là phần tử làm việc không có quán tính. - Điện trở mạch phần ứng không thay đổi trong suốt quá trình làm việc. 2. Xây dựng đặc tính tĩnh Căn cứ vào hệ thống thiết kế ta có sơ đồ cấu trúc như sau.

kn(-) (-)

nUc®kI kb k§

RRb +

U®k Eb E§

Id

Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Trong đó: + Ucđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo) + kn: Hệ khuếch đại tốc độ. + kI: Hệ khuếch đại dòng điện. + kb: Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kb = 10,07 + kĐ: Hệ số khuếch đại của động cơ một chiều KĐ = 3,052 + : Hệ số phản hồi tốc độ



+ : Hệ số phản hồi dòng điện. Ở đây ta sử dụng xen xơ dòng điện cò hệ số

phản hồi = 0,04

+ Rb + Rư : Điện trở bộ biến đổi và điện trở mạch phần ứng( Sử dụng bộ

biến đổi cầu 3 pha có điện trở Rb 0 )( )

+ Từ sơ đồ trên ta có các trường hợp:

- TH1: Khi hệ thống chỉ có khâu phản hồi âm tốc tham gia

k

kIRRk

kkkUkkkkkIRR

kkkkkkkkun ĐuubĐbTGcđ

ĐbIn

Đuub

ĐbIn

bnIĐcđ

.1)(

.1..

....1.)(

....1....

- TH2 : Khi hệ thống có cả hai khâu phản hồi âm tốc và âm dòng có ngắt tham gia :

kkIkkRR

kkkkIkU

kkkkkIkkRR

kkkkkkkIkU

n

ĐubIubbIĐngncđ

ĐbIn

ĐubIub

ĐbIn

bIĐngncđ

.1.).(

.1)(

....1.).(

....1..).(

- TH3 : Khi hệ thống chỉ có âm dòng tham gia

ĐubIubĐbIngrbh kIkkRRkkkIUn )()(

2.1. Xây dựng đường đặc tính cao nhất Tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ bền cơ học của phần tử quay của động cơ. Ở tốc độ cao thì bộ phận này chịu tác động của lực điện khá lớn nên có thể bị hỏng. Hơn nữa lúc này tia lửa điện giữa chổi than và vành góp sẽ có thể làm hỏng vành góp. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống khi làm việc lâu dài thì đường đặc tính cao nhất phải là đường ứng với tốc độ định mức của động cơ nđm = 600 (v/p). Căn cứ vào nguyên lý của hệ thống thì mỗi đường đặc tính sẽ có 3 đoạn ứng với 3 trạng thái làm việc của hệ thống. - Đoạn 1: Đoạn làm việc ổn định, chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động. - Đoạn 2: Có đồng thời cả hai mạch vòng phản hồi âm tốc độ và âm dòng điện tác động. - Đoạn 3: Lúc này tốc độ giảm đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà nên chỉ còn khâu ngắt dòng tác động. Các đoạn đặc tính đều tuyến tính (đoạn thẳng) nên ta chỉ cần tìm ở mỗi đoạn 2 điểm là có thể xây dựng được đoạn đặc tính cơ.



2.1.1 Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất Đây là đoạn làm việc ổn định của hệ thống máy bào giường. Trong đoạn này chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tham gia.

- Phương trình đặc tính: k

kRIkun

Đucđ

.1

...

(I)

k

kRIknu

Đu

cđ

..).1(

- Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được:

)(21,4466,206

052,3.105,0.2,251)66,206.0682,01.(600 Vucđ

+ Tốc độ không tải lý tưởng (điểm ứng với giá trị Iư = 0)

)/(3,60566,206.0682,01

66,206.21,4401 pvn

+ Tốc độ ứng với điểm cuối cùng của đoạn đặc tính (n1). Ta biết rằng đối với động cơ điện một chiều thì khi Iư tăng (Iư 1,2.Idm) thì phải tiến hành hạn chế sự tăng của dòng điện. Vậy đặt Ing= 1,2Iđm = 1,2.223 = 267,6 (A). Thay Iư = Ing vào biểu thức (I) ta xác định tốc độ n1.

)/(6,59966,206.0682,01

052,3.105,0.6,26766,206.21,441 pvn

Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm:

+

)6,599;6,267()600;223(

)3,605;0(

BĐA

m

2.1.2. Xây dựng đường đặc tính thứ hai Trong đoạn này Iư > Ing nên I 0 do đó 1(I).kI = kI có hai vòng phản hồi cùng tác động. Phương trình đặc tính

k

kkkRIkkkIkU

kkIkkRR

kkkkUkU

nĐbIdĐbIngcđĐdbIubbIĐngncđ

.1

)(...

.1.).(

.1)(

Đoạn đặc tính thứ hai này đi qua 2 điểm đầu và cuối là B và C trong đó điểm B B (267,6; 599,54) đã xác định ở trên. Ta phải xác định điểm C. Tại C (Ic,nc) tốc độ n đủ nhỏ làm cho mạch vòng phản hồi âm tốc độ đạt mức bão hoà.



(ucđ - .n).kTG = const nc = nbh + Ở đây sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán A74 có U = 14 (V) chọn Ubh = 14(V) +Tốc độ bão hoà nbh có:

(Ucđ - .nbh).kTG = Ubh )/(8,5690682,0

62,21421,44

pvkU

un TG

bhcđ

bh

+ Để xác định dòng điện tại vị trí bão hoà (Ibh) ta xác định hệ số phản hồi dòng điện như sau: Đối với động cơ truyền động thường chọn: Ing = (1,2 1,5)Iđm và dòng khởi động Ikđ = (2,2 2,5)Iđm. Chọn Ing = 1,2Iđm = 1,2.223 = 267,6 (A) Ikđ = 2,5Iđm = 2,5.223 = 557,5 (A) + Xét trạng thái của hệ thống khi chỉ có mạch vòng dòng điện tham gia ĐubIubĐbIngrbh kIkkRRkkkIUn )()(

Tại điểm C: Iư = Ibh ta được: ĐbhbIubĐbIngrbh kIkkRRkkkIUn )()(

)(6,396052,3)84,25.5,1.04,0105,0(

8,5695,1.052,3.84,25).6,267.04,014(.)(

..).(A

kkkRnkkkIU

IĐbI

bhIĐbngrbhbh

Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm:

)8,569;6,396()6,599;6,267(

CB

2.1.3. Xây dựng đoạn đặc tính thứ 3 Lúc này tốc độ của động cơ đã đặt đến mức đủ nhỏ, làm cho mạch phản hồi âm tốc độ bão hoà. Vậy chỉ còn mạch vòng hạn chế dòng điện tác động Phương trình đặc tính: ĐbhbIubĐbIngrbh kIkkRRkkkIUn )()(

Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm là điểm C (396,6;569,8) và điểm khởi động của động cơ D (Ikđ, 0).

Tính lại trị số dòng khởi động Ikđ tại điểm khởi động: ĐbhbIubĐbIngrbh kIkkRRkkkIUn )()(0

)(6,560052,3)84,25.5,1.04,0105,0(

05,1.052,3.84,25).6,267.00414(.)(

..).(A

kkkRnkkkIU

IĐbI

IĐbngrbhkđ

+ Vậy điểm D (560,6;0)



2.2. Xây dựng đường đặc tính thấp nhất Đường đặc tính thấp nhất là đường giới hạn dưới trong phạm vi điều chỉnh D = 3

Điểm ứng với trị số dòng định mức: )/(96,8967,6

600min pv

Dnn đm

2.2.1. Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất:

)(9,666,206

052,3.105,0.223)66,206.0682,01.(96,89).1(minmin V

kk kRI Đđm

cđnU

Tốc độ không tải lý tưởng:

)/(47,9466,206.0682,01

66,206.9,6.1.min

min0 pvkkUn cđ

Điểm cuối cùng của đoạn đặc tính này B ' (IB', nB

'). Ta có trị số dòng điện ngắt (Ing) là không đổi với mọi đường đặc tính vậy IB

' = Ing = 267,6 (A)

)/(06,8966,206.0682,01

052,3.105,0.6,26766,206.9,6.1

...min' pvK

kRIkUn

Đngcđ

B

Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm:

)06,89;6,267(')96,89;223('

)47,94;0('

BĐA

m

Đoạn đặc tính cũng có thể xây dựng bằng cách qua các điểm Đm' (223;89,96) dùng

đoạn song song với đoạn đặc tính trên đường cao nhất. 2.2.2 Xây xựng đoạn đặc tính thứ hai Theo các phần tử ở trên phần trước ta có. + Tốc độ bão hoà.

)/(12,230682,0

62,2149,6min

' pvkU

UTG

bhcđ

bhn

+ Dòng điện.

)(99,553052,3)84,25.5,1.04,0105,0(

12,235,1.052,3.84,25).6,267.00414(.)(

..).(A

kkkRnkkkIU

IĐbI

bhIĐbngrbhbh

+ Đoạn đặc tính thứ hai của đường đặc tính thấp nhất này đi qua hai điểm đầu và cuối.

+

)12,23;99,553(')06,89;6,267('

CB



2.2.3 Đoạn đặc tính thứ 3 Căn cứ vào phương trình đặc tính khi chỉ có phản hồi dòng điện tham gia nhận thấy rằng các thông số của phương trình là chung cho mọi đường đặc tính. Vậy các đường đặc tính có chung điểm khởi động (Ikđ; 0). Thay các thông số của điểm C'(553,99;23,12) vào phương trình đặc tính khi chỉ có phản hồi dòng điện tham gia ta thấy các thông số này thoả mãn phương trình kết luận điểm C' thoả mãn nằm trên đoạn CD của đường đặc tính giới hạn trên đoạn đặc tính thứ 3 của các đường nằm trên cùng đường thẳng. 2.3.4. Biểu diến các đường đặc tính cơ điện Đặc tính cơ điện ứng với chiều quay thuận của động cơ

A(0;605,3)§ (223;600)m

B(267,6;599,6)

C(396,6;569,8)

D(560,6;0)

A'(0;94,47)§ (223;89,96)m

B'(267,6;89,06)

C'(553,99;23,12)

n(v/p)

I(A)0 I ®m I ng I bh Hình 5.2 Đặc tính cơ điện của hệ thống



3. Kiểm tra chế độ tĩnh Sai lệch tốc độ tương đối lớn nhất xảy ra đối với đường đặc tính thấp nhất. Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đối với đường giới hạn dưới.

(%)774,4100.47,94

96,8947,94%100.%min0

minmin0

n

nnn

Theo yêu cầu của hệ thống thấy rằng: n% = 4,774% < [n%] = 5%. Hệ thống đảm bảo chất lượng tĩnh. II. KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

1. Xây dựng sơ đồ cấu trúc

+ Sơ đồ cấu trúc của hệ thống

(-)

U (p)c®W (p)n W (p)i

(-)

(-) (-)U (p)®kU (p)d

I (p)d

I (p)c

E (p)d n(p)kb

p + 1

1/ReT .P + 1

d RmT Pd k§

Hình 5.3: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống

+ Ở đây + hằng số thời gian điện từ của động cơ: sRLT

d

de 0071,010.

105,0742,0 3

+Hằng số thời gian điện cơ:

sCC

RGDTđmmđme

dm 027,0

328,0.260.328,0.375

105,0.10.375

22

+ Chỉnh lưu cầu 3 pha nên thời gian trễ: = 0,00167(s)

1.1 Xác định hàm truyền của hệ thống phản hồi dòng điện

+ Ở đây ta bỏ qua nhiễu phụ tải (Mc(p) = 0 Ic(p) = 0)

+ Ta thấy Tm > Te nên sự thay đổi dòng điện nhanh hơn sự thay đổi tốc độ(hay sức điện

động) do đó khi xét cho mạch vòng dòng điện ta bỏ qua tác dụng của sức điện động EĐ sơ

đồ cấu trúc của hệ thống có sơ đồ như sau:



W (p)i(-)

U (p)v U (p)®k U (p)d I (p)dkb

p + 1

1/ReT .P + 1

d

Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện

+ Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện ở dạng điển hình :

W (p)i(-)

I (p)d1/Rdk .b

eT .P + 1p + 1( () )

Hình 5.5: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện ở dạng điển hình

* Lựa chọn sơ đồ cấu trúc bộ điều chỉnh

+ Hàm truyền đối tượng :

)10071,0)(100167,0(

84,9)10071,0)(100167,0(

105,0/1.84,25.04,0)1)(1(

/1..)(

pppppTpRkpW

e

dbđt

+ Ta thấy khâu phản hồi âm dòng điện chỉ tham gia vào hệ thống khi xảy ra các quá trình quá độ, thời gian tham gia của khâu này là rất nhỏ do vậy cần phải có độ chính xác cao. Do vậy ở đây ta hiệu chỉnh thàn hệ thống điển hình loại I

+ Theo tối ưu modul ta có: (PI) p

pkpWi

ipii 1

)(

+ Tổng hợp tham số: i = Te = 0,0071(s) p

pkpW pii 0071,010071,0)(

+ Hàm truyền của hệ thống sau khi ta chọn bộ điều chỉnh PI làm bộ khuếch đại dòng điện:

)100167,0()100167,0(

.9,1385)100167,0(0071,0

.84,9)().()(

ppk

ppk

ppk

pWpWpW IpipiđtiI

Trong đó: kI = 24kpi

+ Ta chọn lượng quá điều chỉnh dòng điện imax % 5 % tra bảng ta lấy max% = 4,3 ta có quan hệ kT: .kI = 0,5 0,00167.1385,9kpi = 0,5 kpi = 0,217 + Kiểm tra điều kiện xử lý gần đúng đối với bộ biến đổi:



)/(6,19900167,0.31.

31 sradcbci

- Tra bảng quan hệ KT ta có: 1,270168,0455,0455,0

1Tci cb

vRvU

vI

pC

rU

-

+

pR

v,I

Hình 5.6: Bộ điều chỉnh PI

+ ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 20()

)(355,0200071,0);(34,420.217,0 mF

RCRkR

v

ipvpp

+ Ở đây Rv = R18 ; Rp = R19 ; Cp = C3 trên sơ đồ mạch phản hồi dòng điện. 1.2 Xác định hàm truyền của hệ thống phản hồi tốc độ 1.2.1 Đơn giản hóa sơ đồ cấu trúc + Biến đổi mạch vòng dòng điện thành một khâu tương ứng

(-)

I (p)d k

P( + 1)I

p

U (p)v

Hình 5.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện ở dạng điển hình + Hàm truyền mạch vòng dòng điện:

10033,0

1

111

111)(

212

1

ppk

pk

pkTkppT

kpW

III

iIi

Iki

- Điều kiện: )/(14100167,0

4,299.31

31 sradk I

cn

- Tra bảng quan hệ KT ta có: cnci T 1,27

0168,0455,0455,0

1



(-)

I (p)d 1

0,0033P + 1

U (p)v

Hình 5.8: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện ở dạng điển hình * Đơn giản hóa mạch vòng tốc độ:

(-)

U (p)c®

W (p)n

(-)

I (p)c

E (p)d n(p)RmT Pd k §

k P + 1I

11

Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ + Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ ở dạng điển hình :

mT PW (p)n

(-)

n(p)

U (p)c®

k P + 1I

1( )

.Rdk §

Hình 5.10: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ ở dạng điển hình

1.2.2 Lựa chọn sơ đồ cấu trúc bộ điều chỉnh

+ Hàm truyền đối tượng :

)10033,0(

81,0)10033,0(027,0

105,0.052,3.0682,0

)11(

..)(

pppppk

pT

RkpW

Im

dĐđt

+ Ở mạch vòng tốc độ có nhiều nguồn và phụ tải, yêu cầu chống nhiễu tốt. + Mạch vòng tốc độ không tham gia vào các quá trình quá độ trong hệ thống. + Do có nhiễu phụ tải mà sau phụ tải có một khâu tích phân nên trước nhiễu phụ tải cũng cần một khâu tích phân. Do các nguyên nhân trên mà cần hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại II.

* Theo tối ưu đối xứng: p

pkpWn

npnn 1

)(

(PI)



+ Tổng hợp tham số: n = h.Tn (Tn = 1/kI); Ở đây chọn h = 5 )(0165,00033,0.5 sn

+ Hàm truyền của hệ thống sau khi ta chọn bộ điều chỉnh PI làm bộ khuếch đại tốc độ:

)10033,0(

)10165,0(.81,0)().()( 2

pppk

pWpWpW pnđtnII (*)

+ Ta có: 89,4481,036,3636,36

0033,0.5.21581,0

0033,0.21

22

pnpnII kkh

hk

+ Thay các giá trị trên vào (*) ta được:

)10033,0(

36,36599,0)().()( 2

pp

ppWpWpW đtnII

vRvU

vI

pC

rU

-

+

pR

v,I

Hình 5.11: Bộ điều chỉnh PI

+ ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 20()

)(825,0200165,0);(8,89720.89,44 mF

RCRkR

v

npvpp

+ Ở đây Rv = R22 ; Rp = R23 ; Cp = C4 trên sơ đồ mạch phản hồi tốc độ. * Sơ đồ cấu trúc của hệ thống sau khi ta chọn các bộ khuếch đại tốc độ và dòng điện là các bộ PI:

0,599P + 36,36

P 2 (0,0033P + 1)

U n(p)c®(P)

Hình 5.12: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống

+ Hàm truyền của hệ thống : 36,36599,0)10033,0(

36,36599,0)( 2

ppp

ppWht

36,36599,00033,036,36599,0)( 23

pppppWht



1.3 Kiểm tra sự ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn Routh + Nội dung tiêu chuẩn : Điều kiện cần và đủ trong hệ thống điều khiển tuyển tính

ổn định là các hệ số ở cột 1 bảng Routh phải lớn hơn 0. + Thành lập bảng Routh : - Giả sử phương trình của hệ thống như sau :

nnnnn

nnn

ht apapapapakpkpkpw

)1(2

21

10

110

......)(

+ Ta có bảng Routh như sau : a0 a2 a4 a6 ... a1 a3 a5 a7 ... b0 b2 b4 b6 ... b1 b3 b5 b7 ... c0 c2 c4 c6 ... c1 c3 c5 c7 ... ........................................

+ Trong đó: + 1

3021

1

31

20

0 aaaaa

aaaaa

b

; 1

5041

1

51

40

2 aaaaa

aaaaa

b

....

+ 0

2103

0

20

31

1 bbaba

bbbaa

b

; 0

4105

0

40

51

3 bbaba

bbbaa

b

...

+ Áp dụng vào hệ thống ta có bảng Routh như sau: a0 a2

a1 a3

b0 b2

b1 b3

+ trong đó : + a0 = 0,0033 ; a1 = 1; a2 = 0,599 ; a3 = 36,36

+ 479,01

36,36.0033,0599,0.1

1

3021

1

31

20

0

a

aaaaa

aaaa

b

+ b2 = 0; b3 = 0



+ 36,3630

2103

0

20

31

1

ab

babab

bbaa

b

+ Ta thấy tất cả các hệ số ở cột 1 của bảng Routh đều lớn hơn 0 nên hệ thống ổn định ở chế độ động, do vậy không cần hiệu chỉnh hệ thống.



Chương VI THUYẾT MINH SƠ DỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG

I. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH ĐIỆN

Đóng áp tô mát để cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển, mạch điều

khiển phát lệnh mở van sao cho góc mở α1 < 900, α 2 > 900, α 1 + α 2 = 1800. Với α 1 là góc

mở của T1 đến T6, α 2 là góc mở của T7 đến T12. Khi khối tạo xung tạo ra các xung điều

khiển, các xung này sẽ được đưa tới mạch sửa xung để điều khiển mở các van T thông

qua biến áp xung. Để tạo ra tín hiệu điều khiển xuất hiện đúng các thời điểm yêu cầu ta

phải tạo ra tín hiệu điều khiển nhờ mạch điều khiển khuyếch đại trung gian. Tín hiệu này

được so sánh với điện áp răng cưa.

Nếu thay đổi độ lớn của Uđk thì sẽ thay đổi được thời gian xuất hiện xung, nghĩa là

thay đổi được các góc mở α 1, α 2 của bộ chỉnh lưu để điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp

với quá trình hoạt động. Khi muốn điều khiển cho tốc độ động cơ chậm lại thì góc mở α1

phải lớn, cần Uđk nhỏ và ngược lại khi muốn tăng tốc thì giảm α 1.

1. Nguyên lý khởi động

+ Khi cấp Uđk thì điện áp đầu vào ΔUv = Uđk lúc này điện áp điều khiển khác không, điện áp phần ứng khác không(Uư 0) dòng điện trên phần ứng động cơ đạt giá trị cực đại(Id = Imax = Ikđ ). + Khi Idmax > Ic thì động cơ tiếp tục tăng tốc và lúc này điện áp phần ứng Idmax > Ibh , 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 R

nCUR

EUI Edddd

.

giảm dần, khi

dòng Id giảm nhỏ hơn hoặc bằng Ibh, lúc này 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 tham gia mà chỉ có phản hồi âm tốc tham gia, lúc này dòng điện Id > Ic động cơ vẫn tăng tốc trên đường đặc tính 1 phản hồi âm tốc, khi Id = Ic thì động cơ làm việc xác lập. Đồ thị biễu diễn trạng thái khởi động của động cơ như sau:



cI dmaxI0

0n

ng

n

I(M)IbhI

Axln

Hình 6.1 Đồ thị biểu diễn trạng thái khởi động của động cơ

2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ

2.1 Điều chỉnh tăng tốc độ

2.1.1 Tăng tốc một lượng nhỏ ( Id < Ing)

+ Tăng một lượng nhỏ Ucđ ΔUv tăng(nhỏ) Uđk tăng góc mở α giảm Ud tăng Id tăng bé hơn Ing. Động cơ làm việc trên đặc tính một phản hồi âm tốc

xln01n02n

IbhI

A

A'B

cI dmaxI0 ng

n

I(M)

Hình 6.2 Đặc tính tăng tốc một lượng nhỏ của động cơ



2.1.2 tăng tốc một lượng trung bình ( Ing < Id < Ibh)

+ Tăng một lượng Ucđ ΔUv tăng(nhỏ) Uđk tăng góc mở α giảm Ud tăng Id tăng lớn hơn Ing nhưng bé hơn Ibh thì trong khoảng từ Ing đến Ibh động cơ tăng tốc trên 2 đặc tính một phản hồi âm dòng và phản hồi âm tốc, còn trong khoảng từ Ic đến Ing động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có phản hồi âm tốc (hình 6.3a) 2.1.3 Tăng tốc mộ lượng lớn ( Id > Ibh)

+ Tăng một lượng Ucđ ΔUv tăng(nhỏ) Uđk tăng góc mở α giảm Ud tăng Id tăng lớn hơn Ibh lúc này động cơ tăng tốc trên 3 đoạn đặc tính: + Đoạn I: Từ Ibh Id : Động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có âm dòng tham gia. + Đoạn II: Từ Ing Ibh : Động cơ tăng tốc trên đặc tính có hai phản hồi tham gia. + Đoạn III: Từ Ic Ing : Động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ có âm tốc tham gia.

cI dmaxI0

02n

ng

n

I(M)cI dmaxI0 ng

n

I(M)IbhI

A

A'

B

IbhI

Axln

A'

B01n

02n

xln01nxln'

xln'

a) b) Hình 6.3 Đặc tính tăng tốc a) tăng tốc một lượng trung bình, b) Tăng tốc một lượng lớn



2.1 Điều chỉnh giảm tốc độ

+ Trường hợp dI < Ing : động cơ giảm tốc trên đường đặc tính cơ với một phản hồi

âm tốc độ. + Trường hợp Ing < dI < Ibh : Động cơ giảm tốc qua 2 giai đoạn như trên đặc tính

+ Trường hợp dI > Ibh : Động cơ giảm tốc qua 3 giai đoạn như trên đặc tính

cI dmaxI0 ng

n

I(M)IbhI

AB

0n

ng-I d-I

A'

d-Id-I bh-I

A'

A'

BB

C

D

Hình 6.3 Các đặc tính giảm tốc của động cơ 3. Nguyên lý hãm dừng động cơ

+ Ngừng cấp điện áp chủ đạo Ucđ =0 ΔUv = 0 Uđk = 0 góc mở α = 0 Ud = 0

Dòng điện trong động cơ đảo chiều có giá trị Id > Ibh do đó trong quá trình hãm thì

động cơ trãi qua 3 giai đoạn như trên đường đặc tính.



cI dmaxI0 ng

n

I(M)IbhI

A

0n

ng-Id-I bh-I

B

C

D

Hình 6.4 Đặc tính hãm dừng của động cơ

4. Nguyên lý đảo chiều quay.

Do bình thường bộ I đang ở chế độ chỉnh lưu nên dòng điện tải là dòng của bộ chỉnh

lưu I : Id = IdI , bộ II không có dòng IdII = 0, vì chiều dòng này chạy ngược chiều Id nên

không thể chảy được.

Khi cần đảo chiều phải điều khiển tăng dần góc điều khiển I tương ứng giảm dần II

theo điều kiện III

Do I tăng lên nên UdI giảm, trong khi đó s.đ.đ Ed không giảm nhanh bằng ( thí dụ do

quán tính động cơ ), dẫn đến Ed > Ud1, do đó:

0

R

EUI dd

d

Tức là dòng tải sẽ đảo chiều nhưng bộ CLI không cho dòng Id1 đảo chiều, nên dòng Id

sẽ chuyển sang chảy qua bộ CLII. Mạch vòng giữa CLII và Ed là đúng các điều kiện chạy

ở chế độ nghịch lưu, nên lúc này CLII thực hiện trả năng lượng của s.đ.đ Ed về nguồn làm

cho Ed giảm.

Khi I tăng đến bằng 900, II cũng giảm về giá trị 900 điện áp



UdI = - UdII = Ud0.cos = 0, quá trình nghịc lưu của CLII kết thúc. Sau đó II tiếp tục

giảm nhỏ hơn 900 và chuyển sang chế độ chỉnh lưu điện áp đã đổi dấu, bộ chỉnh lưu CLI

chuyển sang chế độ nghịch lưu phụ thuộc, quá trình đảo chiều kết thúc.

Phương pháp điều khiển chung cho phép đảo chiều nhanh do hai bộ chỉnh lưu luôn đồng

thời hoạt động.

+ Khi ta đảo chiều điện áp chủ đạo Ucđ’ = - Ucđ thì ΔUv đảo chiều Uđk đảo chiều Ud

= đảo chiều, ta có: 0).()(

RnCU

REUI Eddd

d

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

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

cI dmaxI0 ng

n

I(M)IbhI

A

0n

ng-Id-I bh-I

B

C

D

- n

0i- n

01- n

xl- nA'

Hình 6.4 Đặc tính đảo chiều động cơ



Kết luận

Hiện nay, việc ứng dụng các thành tựu khoa học tiên tiến vào thực tế các ngành sản xuất ở nước ta không còn là điều mới mẻ, song việc ứng dụng như thế nào và ứng dụng vào đâu lại là một vấn đề lớn cần giải quyết. Chính vì thế việc nghiên cứu và triển khai các thành tựu khoa học kỹ thuật đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động hóa vào thực tế mang một ý nghĩa rất lớn. Qua quá trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài em đã có được những kiến thức cơ bản về : Thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường. Do điều kiện khách quan cũng như lượng kiến thức của bản thân còn hạn chế nên chắc chắn còn những thiếu sót, em rất mong nhận được sử chỉ bảo của các thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm.

Một lần nữa em xin chần thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Hà cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên và tạo điều kiện để em hoàn thành bản đồ án này. Sinh Viên Nguyễn Văn Ngọc

thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường

Documents