Đề tài Thiết kế hệ truyền động cho máy mài tròn

®iÖn lu«n lu«n ®­îc quan t©m nghiªn cøu n©ng cao chÊt l­îng ®Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ míi víi møc ®é tù ®éng ho¸ cao. ViÖc t¨ng n¨ng suÊt m¸y s¶n xuÊt vµ gi¶m gi¸ thµnh thiÕt bÞ ®iÖn cña m¸y lµ hai yªu cÇu cÇn chñ yÕu ®èi víi hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn vµ tù ®éng ho¸ s¶n xuÊt nh­ng chóng l¹i m©u thuÉn nhau. Mét bªn ®ßi hái sö dông c¸c hÖ thèng phøc t¹p, mét bªn l¹i yªu cÇu h¹n chÕ sè l­îng thiÕt bÞ chung trªn m¸y vµ sè thiÕt bÞ cao cÊp. VËy viÖc lùa chän mét hÖ thèng truyÒn ®éng diÖn vµ tù ®éng ho¸ thÝch hîp cho c¬ cÊu s¶n xuÊt lµ mét bµi to¸n khã. Víi viÖc øng dông réng r·i c¸c tiÕn bé kü thuËt trong lÜnh vùc ®iÖn tö - tin häc, c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®­îc ph¸t triÓn vµ cã thay ®æi ®¸ng kÓ. §Æc biÖt, do c«ng nghÖ s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö c«ng suÊt ngµy cµng hoµn thiÖn nªn c¸c bé biÕn ®æi ®iÖn tö c«ng suÊt trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng nh÷ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu t¸c ®éng nhanh, ®é chÝnh x¸c cao mµ cßn gãp phÇn lµm gi¶m kÝch th­íc vµ h¹ gi¸ thµnh cña hÖ truyÒn ®éng. HÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu cã mét ­u thÕ rÊt næi bËt lµ kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng, cÊu tróc m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n ®ång thêi cã thÓ ®¹t chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. ChÝnh v× vËy mµ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu ®ãng mét vai trß quan träng trong c¸c d¹ng truyÒn ®éng ®iÖn ®ang dïng, nhÊt lµ trong c¸c lÜnh vùc ®ßi hái kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn linh ho¹t nh­ trong c¸c m¸y s¶n xuÊt... XuÊt ph¸t tõ nh÷ng vÊn ®Ò liªn quan tíi hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu, b¶n ®å ¸n nµy sÏ nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng truyÒn ®éng mét chiÒu sö dông nguån chØnh l­u ®iÒu khiÓn Thyristor cho ®éng c¬ quay chi tiÕt cña m¸y mµi trßn. Trong ph¹m vi nhiÖm vô ®­îc giao cña b¶n ®å ¸n, ngoµi viÖc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè vµ gi¸ trÞ cÇn thiÕt cho m¹ch ®éng lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn, thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn... em dµnh sù quan t©m chñ yÕu cho viÖc x©y dùng cÊu tróc ®iÒu khiÓn tæng hîp hÖ truyÒn ®éng T-§, thiÕt kÕ c¸c bé ®iÒu chØnh cho m¹ch vßng ph¶n håi nèi cÊp, thùc hiÖn m« pháng c¸c ®Æc tÝnh hÖ thèng b»ng ch­¬ng tr×nh Simulink... Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, víi sù gióp ®ì cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o trong Bé m«n Tù ®éng ho¸ XNCN vµ cña c¸c b¹n sinh viªn kh¸c céng víi sù nç lùc cña b¶n th©n, em ®· hoµn thµnh ®­îc b¶n ®å ¸n nµy. Tuy nhiªn, do thêi gian t­¬ng ®èi ng¾n vµ tr×nh ®é chuyªn m«n cßn h¹n chÕ nªn b¶n ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái thiÕu sãt. Em mong nhËn ®­îc sù gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n nµy ®­îc hoµn thiÖn h¬n. Sinh viªn thùc hiÖn Hµ §¨ng ChÝnh ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn §Æc ®iÓm c«ng nghÖ Giíi thiÖu chung M¸y mµi cã hai lo¹i chÝnh: M¸y mµi trßn vµ m¸y mµi ph¼ng. Ngoµi ra, cßn cã c¸c lo¹i m¸y kh¸c nhau: m¸y mµi v« t©m, m¸y mµi r·nh, m¸y mµi c¾t, m¸y mµi r¨ng... Th­êng trªn m¸y mµi cã ô chi tiÕt hoÆc bµn ®Ó kÑp chi tiÕt vµ ô ®¸ mµi, trªn ®ã cã trôc chÝnh víi ®¸ mµi. C¶ hai ô ®Òu ®Æt trªn bÖ m¸y. H×nh 1-1. S¬ ®å ph©n lo¹i m¸y mµi c«ng nghiÖp M¸y mµi trßn cã hai lo¹i: m¸y mµi trßn ngoµi vµ m¸y mµi trßn trong. S¬ ®å biÓu diÔn c«ng nghÖ mµi trßn ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh 1-2. H×nh 1-2. S¬ ®å gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y mµi trßn C¸c d¹ng chuyÓn ®éng trong m¸y mµi trßn gåm cã: - ChuyÓn ®éng chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay cña ®¸ mµi. - ChuyÓn ®éng ¨n dao lµ di chuyÓn tÞnh tiÕn cña ô ®¸ ¨n dao theo h­êng däc trôc (¨n dao däc trôc) hoÆc theo h­íng ngang trôc (¨n dao ngang), hoÆc chuyÓn ®éng quay cña chi tiÕt (¨n dao vßng). - ChuyÓn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh cña ô ®¸ hoÆc chi tiÕt... Yªu cÇu truyÒn ®éng ®iÖn m¸y mµi trßn TruyÒn ®éng chÝnh Th«ng th­êng truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é nªn sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. ë m¸y mµi cì nÆng, ®Ó duy tr× tèc ®é c¾t kh«ng ®æi khi mßn ®¸ hay kÝch th­íc chi tiÕt gia c«ng thay ®æi, th­êng sö dông truyÒn ®éng ®éng c¬ cã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lµ D=2 ¸ 4/1 víi c«ng suÊt kh«ng ®æi. ë m¸y mµi trung b×nh vµ nhá v = 50 ¸ 80 m/s nªn ®¸ mµi cã ®­êng kÝnh lín th× tèc ®é quay cña ®¸ kho¶ng 1000 vßng/phót. ë nh÷ng m¸y cã ®­êng kÝnh nhá, tèc ®é ®¸ rÊt cao. §éng c¬ truyÒn ®éng lµ c¸c ®éng c¬ ®Æc biÖt cã tèc ®é 24000 ¸ 48000 vßng/phót hoÆc cã thÓ lªn tíi 150000 ¸ 200000 vßng/phót, ®¸ mµi g¾n trªn trôc ®éng c¬. Nguån cña ®éng c¬ lµ c¸c bé biÕn tÇn, cã thÓ lµ c¸c m¸y ph¸t tÇn sè cao - biÕn tÇn quay hoÆc lµ c¸c bé biÕn tÇn tÜnh - biÕn tÇn thyristor. M«men c¶n tÜnh trªn trôc ®éng c¬ th­êng lµ 15 ¸ 20% m«men ®Þnh møc. M«men qu¸ tÝnh cña ®¸ vµ c¬ cÊu truyÒn lùc l¹i lín 500 ¸ 600% m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬, do ®ã cÇn h·m c­ìng bøc ®éng c¬ quay ®¸ vµ kh«ng yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ quay ®¸. TruyÒn ®éng ¨n dao ë m¸y cì nhá, truyÒn ®éng quay chi tiÕt dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nhiÒu cÊp tèc ®é (®iÒu chØnh sè ®«i cùc p) víi D = (2 ¸ 4)/1. ë c¸c m¸y lín th× dïng hÖ thèng bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (BB§ - §M), hÖ K§T - §M cã D = 10/1 víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng. TruyÒn ®éng ¨n dao däc cña bµn m¸y trßn cì lín thùc hiÖn theo hÖ BB§ - §M víi d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é D = (20 ¸ 25)/1 cßn truyÒn ®éng ¨n dao ngang sö dông thuû lùc. TruyÒn ®éng phô Sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y mµi §Æc tÝnh cña c¬ cÊu s¶n xuÊt ®­îc kh¸i qu¸t b»ng ph­¬ng tr×nh: trong ®ã: Mco - M«men øng víi tèc ®é w=0 Mdm - M«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc wdm Mc - M«men øng víi tèc ®é w q - sè mò phô thuéc vµo lo¹i c¬ cÊu s¶n xuÊt. Víi m¸y mµi nãi riªng vµ m¸y c¾t gät kim lo¹i nãi chung, q th­êng nhËn hai gi¸ trÞ q=1 (øng víi truyÒn ®éng chÝnh vµ P = const) vµ q=0 (øng víi truyÒn ®éng ¨n dao Mc = M®m = const). Trong thùc tÕ, ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt kh«ng gi÷ ®­îc cè ®Þnh theo mét quy luËt trong toµn bé ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é mµ thay ®æi theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc ®iÒu kiÖn tù nhiªn. §èi víi truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi trßn, nãi chung c«ng suÊt kh«ng ®æi (P = const) khi tèc ®é thay ®æi cßn m«men tû lÖ ng­îc víi tèc ®é . Nh­ vËy, ë tèc ®é thÊp, m«men cã thÓ lín nªn kÝch th­íc c¸c bé phËn c¬ khÝ ph¶i chän lín lªn, ®iÒu ®ã kh«ng cã lîi. MÆt kh¸c, thùc tÕ s¶n xuÊt cho thÊy r»ng c¸c tèc ®é thÊp chØ dïng cho c¸c chÕ ®é lµm viÖc nhÑ (Fz vµ Pz nhá). V× vËy, ë vïng tèc ®é thÊp, ng­êi ta gi÷ m«men kh«ng ®æi cßn c«ng suÊt thay ®æi theo quan hÖ bËc nhÊt víi tèc ®é. §èi víi truyÒn ®éng ¨n dao, nãi chung m«men kh«ng ®æi khi ®iÒu chØnh tèc ®é. Tuy nhiªn, ë vïng tèc ®é thÊp, l­îng ¨n dao s nhá, lùc c¾t Fz bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u c¾t tíi h¹n t. Trong vïng nµy, khi tèc ®é ¨n dao gi¶m, lùc ¨n dao vµ m«men ¨n dao còng gi¶m theo. ë vïng tèc ®é cao, t­¬ng øng víi tèc ®é vz cña truyÒn ®éng chÝnh còng ph¶i lín, nÕu gi÷ Fad lín nh­ cò th× c«ng suÊt truyÒn ®éng sÏ qu¸ lín. Do ®ã, cho phÐp gi¶m nhá lùc ¨n dao trong vïng nµy, m«men truyÒn ®éng ¨n dao còng gi¶m theo. H×nh 3-1. §å thÞ ®Æc tÝnh phô t¶i cña m¸y mµi Mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã ®iÒu chØnh gäi lµ tèt nÕu ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña nã gièng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y. Khi ®ã, ®éng c¬ ®­îc sö dông hîp lý nhÊt tøc lµ cã thÓ lµm viÖc ®Çy t¶i ë mäi tèc ®é. Nhê ®ã, hÖ thèng truyÒn ®éng ®Æt ®­îc c¸c chØ tiªu n¨ng l­îng cao. Nãi c¸ch kh¸c, cã thÓ lùa chän ®éng c¬ cã kÝch th­íc nhá nhÊt cho m¸y. H×nh 3-2. Quan hÖ M(w) vµ P(w) cña ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña truyÒn ®éng ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt hoÆc m«men cña ®éng c¬ víi tèc ®é. Víi ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng m¸y kh«ng ®æi ta sÏ cã: M = kFIu = const; P = Mw º w Khi ®iÒu chØnh tõ thèng, gi÷ ®iÖn ¸p phÇn øng kh«ng ®æi th× M = kFIu º ; P = Mw = const KÕt hîp c¶ hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh, ta cã ®å thÞ nh­ h×nh 3-2. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh ë vïng nµy cã d¹ng gièng ®Æc tÝnh c¬ cña truyÒn ®éng chÝnh. Mét chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ®é æn ®Þnh tèc ®é Dw%. §­êng ®Æc tÝnh c¬ cµng cøng th× ®é æn ®Þnh tèc ®é cµng cao. Nãi chung, truyÒn ®éng ¨n dao yªu cÇu Dw% £ (5 ¸ 10)% cßn truyÒn ®éng chÝnh yªu cÇu Dw% £ (5 ¸ 15)%. thiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng C¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng Chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng lµ dùa trªn c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ kÕt qu¶ tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬, tõ ®ã t×m ra mét lo¹t c¸c hÖ truyÒn ®éng cã thÓ tho¶ m·n yªu cÇu ®Æt ra. B»ng viÖc ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¸c hÖ truyÒn ®éng nµy, kÕt hîp tÝnh kh¶ thi cô thÓ mµ ta cã thÓ lùa chän ®­îc mét vµi ph­¬ng ¸n hoÆc mét ph­¬ng ¸n duy nhÊt ®Ó thiÕt kÕ. Lùa chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng tøc lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng mét chiÒu hay xoay chiÒu, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é phï hîp víi ®Æc tÝnh t¶i, s¬ ®å nèi bé biÕn ®æi ®¶m b¶o yªu cÇu truyÒn ®éng. Tõ nh÷ng ph©n tÝch vÒ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn vµ nhiÖm vô thiÕt kÕ, ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn, ta ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬, gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi. Víi ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng ®éng c¬ kh«ng ®æi th× ta cã c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng sau: HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (HÖ F-§). HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn thyristor- ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ T-§). HÖ thèng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§). HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè (HÖ BiÕn tÇn - §éng c¬) HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (F-§) CÊu tróc hÖ F-§ HÖ thèng m¸y ph¸t - ®éng c¬ (hÖ F-§ hay Ward-LÐonard) lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mµ bé biÕn ®æi ®iÖn lµ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. M¸y ph¸t ®iÖn nµy th­êng do ®éng c¬ s¬ cÊp kh«ng ®ång bé ba pha §K quay vµ coi tèc ®é quay cña m¸y ph¸t lµ kh«ng ®æi. H×nh 4-1. S¬ ®å nguyªn lý hÖ F-§. S¬ ®å nguyªn lý mét hÖ F-§ ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 4-1. §éng c¬ § truyÒn ®éng quay chi tiÕt cña m¸y mµi M ®­îc cÊp ®iÖn tõ m¸y ph¸t F. §éng c¬ s¬ cÊp kÐo m¸y ph¸t F víi tèc ®é kh«ng ®æi lµ ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé §K. Khi ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ m¸y ph¸t iKF th× ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é kh«ng t¶i cña hÖ thèng cßn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®­îc gi÷ nguyªn. §Æc ®iÓm cña hÖ F-§ C¸c chØ tiªu chÊt l­îng cña hÖ truyÒn ®éng F-§ vÒ c¬ b¶n t­¬ng tù nh­ c¸c chØ tiªu hÖ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p dïng bé biÕn ®æi nãi chung. ¦u ®iÓm næi bËt nhÊt cña hÖ F-§ lµ sù chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i lµm viÖc rÊt linh ho¹t, kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lín. Do vËy th­êng sö dông hÖ F-§ ë c¸c m¸y khai th¸c trong c«ng nghiÖp má. Nh­îc ®iÓm quan träng nhÊt cña hÖ F-§ lµ dïng nhiÒu m¸y ®iÖn quay, trong ®ã Ýt nhÊt lµ hai m¸y ®iÖn mét chiÒu, g©y ån lín, hiÖu suÊt thÊp (kh«ng qu¸ 75%), c«ng suÊt l¾p ®Æt m¸y Ýt nhÊt gÊp ba lÇn c«ng suÊt ®éng c¬ chÊp hµnh. Ngoµi ra, do c¸c m¸y ph¸t mét chiÒu cã tõ d­, ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã trÔ nªn khã ®iÒu chØnh s©u tèc ®é. Víi nh÷ng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®ßi hái d¶i ®iÒu chØnh réng h¬n vµ cÇn ®iÒu chØnh s©u h¬n, æn ®Þnh tèc ®é tèt h¬n th× ph¶i thay m¸y ph¸t F b»ng c¸c nguån ¸p m¸y ®iÖn kh¸c nh­ c¸c m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i (MK§) vµ cã c¸c ph¶n håi n©ng cao chÊt l­îng. C¸c ®Æc ®iÓm kh¸c: Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ®­îc n©ng lªn (cì 30:1). §iÒu chØnh tèc ®é b»ng ph¼ng trong ph¹m vi ®iÒu chØnh. ViÖc ®iÒu chØnh tiÕn hµnh trªn m¹ch kÝch tõ m¸y ph¸t nªn tæn hao nhá. HÖ ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n, cã thÓ thùc hiÖn h·m ®iÖn dÔ dµng. Vèn ®Çu t­ ban ®Çu vµ diÖn tÝch l¾p ®Æt lín. HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn - ®éng c¬ mét chiÒu Tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ ®­îc ®iÒu chØnh trong ph¹m vi réng vµ b»ng ph¼ng nhê hÖ chØnh l­u - ®éng c¬ (hay hÖ truyÒn ®éng van mét chiÒu) trong ®ã c¸c bé chØnh l­u lµ ®iÒu khiÓn ®­îc. C¸c van ®iÒu khiÓn cã thÓ lµ ®Ìn thyraton, ®Ìn thuû ng©n, thyristor. HiÖn nay, do c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸n dÉn c«ng suÊt ph¸t triÓn nªn c¸c thyristor ®­îc sö dông réng r·i ®Ó t¹o ra c¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn bëi nh÷ng tÝnh chÊt ­u viÖt: gän nhÑ, tæn hao Ýt, qu¸n tÝnh nhá, t¸c ®éng nhanh, c«ng suÊt khèng chÕ nhá... Trong hÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn - ®éng c¬ mét chiÒu (CL-§), bé biÕn ®æi cã søc ®iÖn ®éng E® phô thuéc gi¸ trÞ cña pha xung ®iÒu khiÓn (gãc ®iÒu khiÓn a). ChØnh l­u cã thÓ dïng lµm nguån ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng hoÆc dßng kÝch tõ ®éng c¬. Tïy theo yªu cÇu cô thÓ cña truyÒn ®éng mµ cã thÓ dïng c¸c s¬ ®å chØnh l­u thÝch hîp (chØnh l­u cÇu, chØnh l­u tia ...). C¸c bé chØnh l­u thyristor dïng trong truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu t¹o thµnh hÖ thèng truyÒn ®éng Thyristor - §éng c¬ (hÖ T-§). HÖ truyÒn ®éng thyristor-®éng c¬ (T-§) HÖ truyÒn ®éng T-§ lµ hÖ truyÒn ®éng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng hoÆc thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn kÝch tõ cña ®éng c¬ th«ng qua c¸c bé biÕn ®æi chØnh l­u dïng thyristor. H×nh 4.2. S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ truyÒn ®éng T-§. §Æc tÝnh c¬ cña hÖ T-§ Trong hÖ T-§, nguån cÊp cho phÇn øng ®éng c¬ lµ bé chØnh l­u thyristor. Dßng ®iÖn chØnh l­u còng chÝnh lµ dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬. ChÕ ®é lµm viÖc cña chØnh l­u phô thuéc vµo ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn vµ c¸c tÝnh chÊt cña t¶i. Trong truyÒn ®éng ®iÖn, t¶i cña chØnh l­u th­êng lµ cuén kÝch tõ (L-R) hoÆc m¹ch phÇn øng ®éng c¬ (L-R-E). Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cho hÖ T-§ ë chÕ ®é dßng ®iÖn chØnh l­u liªn tôc: §é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ lµ trong ®ã R lµ tæng trë toµn m¹ch phÇn øng ®éng c¬ (gåm ®iÖn trë phÇn øng ®éng c¬ R­ vµ ®iÖn trë c¸c phÇn tö trong m¹ch nèi tiÕp víi phÇn øng ®éng c¬). Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn a: . Tuy nhiªn, tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng nµy chØ lµ giao ®iÓm c¶u trôc tung víi ®o¹n th¼ng cña ®Æc tÝnh c¬ kÐo dµi. Thùc tÕ, do cã vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng cña ®Æc tÝnh lµ lín h¬n. H×nh 4-3. §Æc tÝnh c¬ hÖ T-§. Hä ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng trong tr­êng hîp nµy nh­ trªn h×nh 4-3 khi ®iÒu chØnh ë vïng d­íi tèc ®é ®Þnh møc. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ truyÒn ®éng T-§ mÒm h¬n hÖ F-§ v× cã sôt ¸p do hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c thyristor. Gãc ®iÒu khiÓn a cµng lín th× ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ cµng nhá. Khi ®ã, ®Æc tÝnh c¬ h¹ thÊp vµ øng víi mét m«men c¶n Mc, tèc ®é ®éng c¬ sÏ gi¶m. Lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm chøng tá: khi phô t¶i nhá th× c¸c ®Æc tÝnh c¬ cã ®é dèc lín (phÇn n»m trong vïng g¹ch chÐo). §ã lµ vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. Gãc ®iÒu khiÓn cµng lín (khi ®iÒu chØnh s©u) th× vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n cµng réng vµ viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é gÆp nhiÒu khã kh¨n h¬n. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n hÖ T-§, ta chØ cÇn x¸c ®Þnh biªn giíi vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, lµ ®­êng ph©n c¸ch gi÷a hai vïng dßng ®iÖn liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n. Biªn giíi gi÷a vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n vµ liªn tôc cã d¹ng ®­êng ellipse víi c¸c trôc lµ c¸c trôc to¹ ®é cña ®Æc tÝnh c¬: DÔ dµng nhËn thÊy ®é réng cña vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n sÏ gi¶m nÕu ta t¨ng gi¸ trÞ ®iÖn c¶m L vµ t¨ng sè pha chØnh l­u p. Song khi t¨ng sè xung p th× m¹ch lùc chØnh l­u còng t¨ng ®é phøc t¹p vµ c¶ m¹ch ®iÒu khiÓn còng phøc t¹p h¬n. Cßn khi t¨ng trÞ sè L sÏ dÉn tíi lµm xÊu qu¸ tr×nh qóa ®é (t¨ng thêi gian qu¸ ®é) vµ lµm t¨ng träng l­îng, kÝch th­íc cña hÖ thèng. Biªn giíi nµy ®­îc m« t¶ bëi ®­êng cong nÐt ®øt trªn h×nh 4-3. §Æc ®iÓm hÖ truyÒn ®éng Thyristor - ®éng c¬ ¦u ®iÓm næi bËt nhÊt cña hÖ T-§ lµ ®é t¸c ®éng nhanh cao, kh«ng g©y ån vµ dÔ tù ®éng ho¸ do c¸c van b¸n dÉn cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt rÊt cao. §iÒu ®ã rÊt thuËn tiÖn cho viÖc thiÕt lËp c¸c hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÒu vßng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng c¸c ®Æc tÝnh tÜnh vµ c¸c ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng. HÖ thèng T-§ cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tr¬n víi ph¹m vi ®iÒu chØnh réng. HÖ cã ®é tin cËy cao, qu¸n tÝnh nhá, hiÖu suÊt lín. Nh­îc ®iÓm chñ yªu cña hÖ T-§ lµ do c¸c van b¸n dÉn cã tÝnh phi tuyÕn, d¹ng ®iÖn ¸p chØnh l­u ra cã biªn ®é ®Ëp m¹ch cao, g©y tæn thÊt phô trong m¸y ®iÖn vµ ë c¸c truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín cßn lµm xÊu d¹ng ®iÖn ¸p cña nguån vµ l­íi xoay chiÒu. HÖ sè c«ng suÊt cosj cña hÖ nãi chung lµ thÊp nhÊt lµ khi ®iÒu chØnh s©u. HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (XA-§) HÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (XA-§) sö dông bé ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu, trong ®ã c¸c bé kho¸ ®iÖn tö ®ãng vai trß c¬ b¶n. Bé ®iÒu chØnh xung ®iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc sö dông khi cã s½n nguån mét chiÒu cè ®Þnh mµ cÇn ph¶i ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra t¶i. C¸c bé b¨m xung mét chiÒu ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c ®ãng ng¾t nguån víi t¶i mét c¸ch chu kú theo mét sè luËt kh¸c nhau. PhÇn tö thùc hiÖn nhiÖm vô ®ã lµ c¸c van b¸n dÉn. Song do chóng lµm viÖc trong m¹ch mét chiÒu nªn khi dïng lo¹i thyristor th«ng th­êng nã kh«ng ®­îc kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn ë giai ®o¹n ©m cña ®iÖn ¸p nguån nh­ khi lµm viÖc víi nguån xoay chiÒu. Do ®ã, buéc ph¶i cã mét m¹ch chuyªn dông ®Ó kho¸ thyristor gäi lµ "m¹ch kho¸ c­ìng bøc", g©y nhiÒu khã kh¨n trong thùc tÕ. V× vËy, hiÖn nay ta cè g¾ng sö dông c¸c lo¹i van ®iÒu khiÓn c¶ ®ãng vµ ng¾t nh­ transistor bipolar, MOSFET vµ IGBT ë nh÷ng d¶i c«ng suÊt mµ c¸c van nµy chÞu ®­îc. Riªng víi m¹ch c«ng suÊt lín vÉn ph¶i dïng thyristor. Trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn, c¸c bé ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu chñ yÕu ¸p dông cho c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã phô t¶i d¹ng kÐo (tµu ®iÖn, xe ®iÖn...). H×nh 4-4. S¬ ®å nguyªn lý mét hÖ truyÒn ®éng XA-§. Nguyªn t¾c cña c¸c hÖ truyÒn ®éng XA-§ lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ qua ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ mét chiÒu. §iÖn ¸p nµy lµ mét ®iÖn ¸p ra cña bé XA tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh : U­ = sUng, trong ®ã: U­ lµ ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬,Ung lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cÇn b¨m , s lµ hÖ sè lÊp ®Çy xung: víi tt, tk lµ thêi gian th«ng vµ kho¸ cña bé kho¸ ®iÖn tö. Do ®ã, khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ qua ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬, cÇn thay ®æi hÖ sè s cña bé XA. HÖ sè nµy cã thÓ thay ®æi b»ng 3 ph­¬ng ph¸p: thay ®æi tt, T hoÆc c¶ hai. HÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè HÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé §éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha (K§B) ®­îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp tõ c«ng suÊt nhá ®Õn c«ng suÊt trung b×nh vµ chiÕm tû lÖ rÊt lín so víi c¸c ®éng kh¸c. Trong thêi gian gÇn ®©y, do sù ph¸t triÓn cao cña c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸n dÉn c«ng suÊt vµ kü thuËt ®iÖn tö - tin häc, ®éng c¬ K§B míi khai th¸c c¸c ­u ®iÓm cña m×nh. Nã trë thµnh hÖ truyÒn ®éng c¹nh tranh cã hiÖu qu¶ víi hÖ truyÒn ®éng T-§. Kh¸c víi ®éng c¬ mét chiÒu, ®éng c¬ K§B ®­¬c cÊu t¹o phÇn c¶m vµ phÇn øng kh«ng t¸ch biÖt, tõ th«ng ®éng c¬ còng nh­ m«men ®éng c¬ sinh ra phô thuéc vµo nhiÒu tham sè. Do vËy, hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn K§B lµ hÖ ®iÒu chØnh nhiÒu tham sè cã tÝnh phi tuyÕn m¹nh. Trong ®Þnh h­íng x©y dùng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, ng­êi ta cã xu h­íng tiÕp cËn víi c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu. øng dông chñ yÕu cña c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é xoay chiÒu lµ c¸c bé nghÞch l­u cã tÇn sè thay ®æi. §Ó cã ®­îc c¸c ®Æc tÝnh ®iÒu khiÓn cã thÓ so s¸nh ®­îc víi ®Æc tÝnh ®éng c¬ mét chiÒu, cÇn sö dông thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ thiÕt bÞ c«ng suÊt phøc t¹p h¬n. Do ®ã, ta th­êng sö dông truyÒn ®éng ®iÖn xoay chiÒu cho c¸c hÖ truyÒn ®éng cã tèc ®é kh«ng ®æi. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ K§B b»ng ph­¬ng ph¸p tÇn sè: H×nh 4-5. S¬ ®å nguyªn lý hÖ T§§-§K ®iÒu chØnh tÇn sè. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè nguån cho phÐp më réng ph¹m vi sö dông ®éng c¬ K§B trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp. Nã cho phÐp më réng d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é vµ n©ng cao tÝnh chÊt ®éng häc cña hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu nãi chung vµ ®éng c¬ K§B nãi riªng, cã thÓ øng dông cho c¸c thiÕt bÞ cÇn thay ®æi tèc ®é nhiÒu ®éng c¬ cïng mét lóc nh­ c¸c truyÒn ®éng cña nhãm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¸nh l¨n ... hoÆc cho c¶ c¸c thiÕt bÞ ®¬n lÎ nhÊt lµ nh÷ng c¬ cÊu cã yªu cÇu tèc ®é cao nh­ m¸y ly t©m, m¸y mµi... §Æc biÖt lµ hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch biÕn ®æi nguån cung cÊp sö dông cho ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc sÏ cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n v÷ng ch¾c, gi¸ thµnh h¹ vµ cã thÓ lµm viÖc trong nhiÒu m«i tr­êng. Nh­îc ®iÓm c¬ b¶n cña hÖ thèng nµy lµ s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn rÊt phøc t¹p. §èi víi hÖ thèng nµy, ®éng c¬ kh«ng nhËn ®iÖn tõ l­íi chung mµ tõ mét bé biÕn tÇn. Bé biÕn tÇn nµy cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi tÇn sè vµ ®iÖn ¸p ra mét c¸ch ®éc lËp víi nhau. Th­êng sö dông hai lo¹i biÕn tÇn trong viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é lµ biÕn tÇn trùc tiÕp vµ biÕn tÇn gi¸n tiÕp (cã sö dông kh©u trung gian mét chiÒu). HÖ truyÒn ®éng ®iÖn cã thÓ sö dông bé biÕn tÇn trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp ba pha, còng cã thÓ dïng bé biÕn ®æi mét chiÒu-xoay chiÒu thay ®æi tÇn sè mét pha hay ba pha. BiÕn tÇn trùc tiÕp (cycloconverter): Cã s¬ ®å cÊu tróc ®¬n gi¶n (h×nh 4.6a). §iÖn ¸p vµo xoay chiÒu u1 (tÇn sè f1) chØ cÇn qua mét m¹ch van lµ chuyÓn ngay ra t¶i víi tÇn sè kh¸c. V× vËy, lo¹i biÕn tÇn nµy cã hiÖu suÊt biÕn ®æi n¨ng l­îng cao do chØ cã mét lÇn biÕn ®æi ®iÖn n¨ng vµ cho phÐp thùc hiÖn h·m t¸i sinh n¨ng l­îng mµ kh«ng cÇn cã m¹ch ®iÖn phô. §ång thêi, còng cã thÓ dÔ dµng thùc hiÖn ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p vµ tÇn sè ®Çu ra cña biÕn tÇn trùc tiÕp víi d¹ng sãng ®iÖn ¸p gÇn h×nh sin. Tuy nhiªn, s¬ ®å m¹ch van kh¸ phøc t¹p, sè l­îng van lín ®èi víi m¹ch ba pha. ViÖc thay ®æi tÇn sè ra f2 khã kh¨n vµ phô thuéc vµo tÇn sè vµo f1, sè pha ®Çu vµo cña nguån vµ sè kho¶ng dÉn cña c¸c van ë mçi nhãm van. V× thÕ, hiÖn nay chñ yÕu sö dông lo¹i biÕn tÇn nµy víi ph¹m vi ®iÒu chØnh tÇn sè f2 £ f1. MÆc dï vÒ nguyªn t¾c, cã thÓ t¹o biÕn tÇn víi f2 ³ f1 nh­ng møc ®é phøc t¹p sÏ t¨ng lªn rÊt nhiÒu. BiÕn tÇn trùc tiÕp hay ®­îc dïng cho truyÒn ®éng ®iÖn c«ng suÊt lín, tèc ®é lµm viÖc thÊp, thÝ dô ®Ó cung cÊp cho c¸c ®éng c¬ rotor lång sãc, c¸c ®éng c¬ rotor d©y quÊn cÊp bëi hai nguån, c¸c ®éng c¬ ®ång bé... H×nh 4-6. CÊu tróc biÕn tÇn trùc tiÕp (a) vµ nghÞch l­u ®éc lËp (b) b. BiÕn tÇn gi¸n tiÕp (cã kh©u trung gian mét chiÒu) – nghÞch l­u ®éc lËp: S¬ ®å cÊu tróc ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 4-6b. Trong lo¹i biÕn tÇn nµy, ®iÖn ¸p xoay chiÒu ®Çu tiªn ®­îc chuyÓn thµnh ®iÖn ¸p mét chiÒu nhê bé chØnh l­u, sau ®ã ®i qua bé läc råi míi tr¶ vÒ ®iÖn ¸p xoay chiÒu víi tÇn sè f2. ViÖc biÕn ®æi n¨ng l­îng hai lÇn lµm gi¶m hiÖu suÊt biÕn tÇn. Song, lo¹i biÕn tÇn nµy cho phÐp thay ®æi dÔ d·ng tÇn sè ra f2 kh«ng phô thuéc vµo tÇn sè vµo f1 trong mét d¶i réng c¶ trªn vµ d­íi f1 v× tÇn sè ra chØ phôc thuéc vµo m¹ch ®iÒu khiÓn. H¬n n÷a, víi sù øng dông hÖ ®iÒu khiÓn sè nhê kü thuËt vi xö lý vµ dïng van lùc lµ c¸c lo¹i transistor ®· cho phÐp ph¸t huy tèi ®a c¸c ­u ®iÓm cña lo¹i biÕn tÇn nµy. V× vËy, ®a sè c¸c biÕn tÇn hiÖn nay lµ biÕn tÇn nghÞch l­u ®éc lËp víi nguån cung cÊp lµ nguån dßng hoÆc nguån ¸p. Tuy nhiªn, nÕu sö dông van thyristor vÉn cßn mét sè khã kh¨n nhÊt ®Þnh khi gi¶i quyÕt vÊn ®Ò kho¸ van. BiÕn tÇn nguån ¸p: NghÞch l­u ®iÖn ¸p cã ®Æc ®iÓm d¹ng ®iÖn ¸p ra t¶i ®­îc ®Þnh h×nh s½n cßn d¹ng dßng ®iÖn ra t¶i l¹i phô thuéc vµo tÝnh chÊt t¶i. Nguån ¸p ®­îc t¹o ra b»ng mét bé chØnh l­u víi ®Çu ra ®­îc nèi song song víi mét tô ®iÖn cã gi¸ trÞ ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p nguån Ýt bÞ thay ®æi vµ ®Ó trao ®æi c«ng suÊt ph¶n kh¸ng víi ®iÖn c¶m t¶i cña ®éng c¬. §iÖn ¸p ra cña nghÞch l­u ®iÖn ¸p kh«ng cã d¹ng h×nh sin mµ ®a sè lµ d¹ng xung ch÷ nhËt. ViÖc ®iÒu chØnh tÇn sè ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®­îc thùc hiÖn dÔ dµng b»ng ®iÒu khiÓn qui luËt më van cña phÇn nghÞch l­u. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy thay ®æi dÔ dµng tÇn sè mµ kh«ng phô thuéc vµo l­íi ®iÖn. BiÕn tÇn nguån dßng: Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh ®éng c¬ xoay chiÒu, nguån dßng th­êng ®­îc sö dông cho c¸c hÖ thèng c«ng suÊt lín vµ cã s¬ ®å cÇu ba pha, trong ®ã c¸c van b¸n dÉn lµ c¸c van ®iÒu khiÓn hoµn toµn. S¬ ®å ®¬n gi¶n, lµm viÖc tin cËy, ®­îc sö dông réng r·i ®Ó ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ xoay chiÒu 3 pha rotor lång sãc.BiÕn tÇn nguån dßng cã ­u ®iÓm lµ t¨ng ®­îc c«ng suÊt ®¬n vÞ m¸y, m¹ch lùc ®¬n gi¶n mµ vÉn thùc hiÖn h·m t¸i sinh ®éng c¬. Khi lµm viÖc víi t¶i lµ ®éng c¬ xoay chiÒu th× ®iÖn ¸p t¶i cã xuÊt hiÖn c¸c xung nhän t¹i c¸c thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch dßng ®iÖn chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c pha. Trong thùc tÕ, th­êng sö dông c¸c van ®iÒu khiÓn kh«ng hoµn toµn, v× vËy cÇn cã c¸c m¹ch kho¸ c­ìng bøc c¸c van ®ang dÉn, b¶o ®¶m chuyÓn m¹ch dßng ®iÖn gi÷a c¸c pha mét c¸ch ch¾c ch¾n trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tÇn sè vµ dßng ®iÖn ®ñ réng. Nguån ®iÖn mét chiÒu cÊp cho nghÞch l­u ph¶i lµ nguån dßng ®iÖn, tøc lµ dßng ®iÖn kh«ng phô thuéc vµo t¶i mµ chØ phô thuéc vµo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Nguån dßng th­êng ®­îc t¹o ra b»ng mét bé chØnh l­u cã ®Çu ra nèi tiÕp víi ®iÖn c¶m cã gi¸ trÞ lín. MÆc dï ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, vËn hµnh an toµn vµ sö dông nguån cÊp trùc tiÕp tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha, nh­ng vÒ ph­¬ng diÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã nhiÒu ­u viÖt h¬n so víi c¸c lo¹i ®éng c¬ kh¸c: cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng, cÊu tróc m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n vµ ®¹t chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. ChÝnh v× vËy, ta sÏ chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng chØnh l­u Thyristor - ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng c¬ truyÒn ®éng C¸c th«ng sè kü thuËt hÖ thèng M«men cùc ®¹i (Mmax): 25 (Nm) Tèc ®é quay chi tiÕt (n): 20 ¸1000 (Vßng/phót) Tû sè truyÒn (i): 3 HiÖu suÊt (h): 0,8 M«men qu¸n tÝnh c¬ cÊu (J): 0,008 (kgm2) Chän c«ng suÊt ®éng c¬ cho truyÒn ®éng quay chi tiÕt m¸y mµi trßn §Ó tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ trong tr­êng hîp truyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh tèc ®é, ta cÇn x¸c ®Þnh c¸c yªu cÇu c¬ b¶n sau: §Æc tÝnh phô t¶i truyÒn ®éng Pc(w), Mc(w): Phô t¶i truyÒn ®éng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é víi M = const. Khi ®ã, c«ng suÊt yªu cÇu cùc ®¹i Pmax = M®m.wmax H×nh 5. §Æc tÝnh phô t¶i Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é wmax vµ wmin. wmin = i. wcmin = i.=3. = 6,283 (rad/s) hay nmin= 60(vßng/phót) wmax = i. wcmax = i.=3. = 314,159 (rad/s) hay nmax= 3000(vßng/phót) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é: =50:1 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vµ bé biÕn ®æi trong hÖ thèng truyÒn ®éng: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng sö dông chØnh l­u cÇu ba pha ®iÒu khiÓn (thyristor). Lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng: ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §Æc ®iÓm cña phô t¶i truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn lµ gi÷ M = const trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é. Do ®ã, ta cã yªu cÇu c«ng suÊt cùc ®¹i Pmax = .M®m.wmax = .Mcmax.wcmax = .25. 3272,5 (W) 3,3 (kW) Ta chän lo¹i ®éng c¬ P31 cña Nga víi c¸c th«ng sè sau: P®m = 3,3 (kW) U®m = 220 (V) I®m = 17,5 (A) n®m = 3000 (vßng/phót) R = R­ + Rcp = 0,642(W) F®m = 5,7 (mWb) Ikt = 0,62 (A) J® = 0,09 (kg.m2) 2a = 2 X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng c¬ §iÖn c¶m phÇn øng L­ =0,0235(H) = 23,5 (mH) trong ®ã kL lµ hÖ sè lÊy gi¸ trÞ 5,5 ¸ 5,7 ®èi víi m¸y kh«ng bï vµ kL= 1,4 ¸ 1,9 ®èi víi m¸y cã bï; p lµ sè ®«i cùc. kF®m = 0,67 M«men qu¸n tÝnh J = J® + Jc = 0,09 + 0,008 = 0,098 (kg.m2) H»ng sè thêi gian c¬ häc Tc = 0,2803 (s) H»ng sè thêi gian m¹ch phÇn øng T­ =0,0366 (s) Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: = 328,36 – 1,43M Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: = 328,36 – 0,96I­ ThiÕt kÕ bé biÕn ®æi chØnh l­u Thyristor Yªu cÇu ®èi víi bé chØnh l­u: Nguån ®iÖn xoay chiÒu: 3x380V, 50Hz Bé chØnh l­u cÇu ba pha cã ®iÒu khiÓn §iÖn ¸p chØnh l­u: Ud = 220 V Dßng chØnh l­u: Id = 17,5 A §é nhÊp nh« thÊp V× c«ng suÊt nhá (Pd = 3,85 kVA), ®­êng kÝnh d©y quÊn nhá nªn sÏ cã lîi nÕu ta t¨ng sè vßng d©y lªn lÇn vµ gi¶m tiÕt diÖn d©y ®ilÇn. §Ó lµm viÖc nµy, phÝa s¬ cÊp sÏ ®Êu kiÓu D, phÝa thø cÊp ®Êu Y (D/Y). TÝnh chän m¸y biÕn nguån M¸y biÕn ¸p nguån dïng ®Ó t¹o ®iÖn ¸p U2 phï hîp víi ®iÖn ¸p ®éng c¬ vµ c¸ch ly phÇn m¹ch lùc bé biÕn ®æi víi l­íi ®iÖn. M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt cì chôc kVA thuéc lo¹i m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, sôt ¸p trªn ®iÖn trë t­¬ng ®èi lín (kho¶ng 4%) cßn sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng Ýt h¬n (kho¶ng 1,5%). §iÖn ¸p sôt trªn hai thyristor nèi tiÕp kho¶ng 2V. §iÖn ¸p chØnh l­u kh«ng t¶i: Udo = 220.1,055 + 2 = 234V Gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p (nèi D/Y): = 100 (V) Tû sè m¸y biÕn ¸p: k = = 3,8 Dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = = 14,3(A) C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: P = 3.U2.I2 = 3.100.14,3 = 4290 (VA) 4,29 (kVA). Chän van thyristor trong bé biÕn ®æi Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ch¶y qua mçi van: = 5,83 (A) Gi¸ trÞ dßng cùc ®¹i qua mçi van: Ivmax = Id = 17,5 (A) Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn mçi van: Ungmax = 2,45.U2 = 2,45.100 = 245 (V) Tõ nh÷ng tÝnh to¸n trªn, víi chÕ ®é lµm m¸t b»ng qu¹t giã th× c¸c th«ng sè cÇn cña mçi van trong m¹ch chØnh l­u cÇu ba pha lµ: Ungt ³ 1,6. Ungmax = 1,6 . 245 = 392 (V) It ³ 1,5. Imax = 1,5.17,5 = 26,25 (A) Ta cã thÓ chän van T50 cña Liªn X«(cò) ®Ó chÞu ®­îc c¸c ®iÒu kiÖn dßng vµ ¸p trong m¹ch. C¸c th«ng sè cña van ®­îc cho trong b¶ng sau: Itb Utm DU toff Ig Ug A V V ms A V A/ms V/ms 50 400 1 100 0,3 7 50 250 ChÕ ®é lµm viÖc cña bé chØnh l­u C¸c th«ng sè cña hÖ T-§ phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc cña chØnh l­u: chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc, dßng gi¸n ®o¹n vµ hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch. Biªn giíi gi÷a vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n vµ liªn tôc cã d¹ng ®­êng ellipse víi c¸c trôc lµ c¸c trôc to¹ ®é cña ®Æc tÝnh c¬-®iÖn: Ibo = = 0,852 (A) < I®m H×nh 6.1 Biªn giíi vïng gi¸n ®o¹n vµ vïng liªn tôc cña ®Æc tÝnh c¬ - ®iÖn VËy chÕ ®é lµm viÖc cña bé biÕn ®æi lµ chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc cã xÐt ®Õn hiÖn t­îng trïng dÉn. B¶o vÖ sù cè trªn hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn M¹ch b¶o vÖ ®­îc thiÕt lËp ®Ó ®¶m b¶o an toµn vµ tr¸nh g©y tæn thÊt cho ng­êi vËn hµnh vµ thiÕt bÞ. Do vËy, quan ®iÓm khi x©y dùng m¹ch b¶o vÖ lµ ph¶i cã biÖn ph¸p phßng chèng c¸c sù cè vµ c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc bÊt th­êng x¶y ra nh¨mg h¹n chÕ tæn thÊt ë møc ®é thÊp nhÊt. MÆt kh¸c, c¸c phÇn tö b¸n dÉn c«ng suÊt trong bé biÕn ®æi còng ph¶i ®­îc b¶o vÖ chèng nh÷ng sù cè bÊt ngê, nh÷ng nhiÔu lo¹n nguy hiÓm nh­ ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi, qu¸ ®iÖn ¸p hoÆc qu¸ dßng ®iÖn qua van, qu¸ nhiÖt trong thiÕt bÞ biÕn ®æi. B¶o vÖ c¾t khÈn cÊp trªn m¹ch ®éng lùc: Nh­ ng¾n m¹ch ë bé biÕn ®æi hÖ thèng truyÒn ®éng, mÊt kÝch tõ ®éng c¬, qu¸ tèc ®é, qu¸ dßng, qu¸ ®iÖn ¸p phÇn øng, ®¸nh löa g©y ng¾n m¹ch ë vµnh gãp, ng¾n m¹ch mét sè vßng d©y cña m¸y biÕn ¸p nguån... M¹ch b¶o vÖ thùc hÖn c¾t khÈn cÊp b»ng c¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t truyÒn thèng nh­ cÇu ch×, ¸pt«m¸t, r¬le.. kÕt hîp víi b¶o vÖ ë m¹ch ®iÒu khiÓn nh­ kho¸ thyristor, c¾t nguån nu«i, kho¸ c¸c bé ®iÒu chØnh... ThiÕt bÞ b¶o vÖ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch bªn s¬ cÊp biÕn ¸p cña bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch bªn phÝa thø cÊp cña biÕn ¸p nguån nh­ng n»m ngoµi bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch bªn trong hÖ truyÒn ®iÖn (bé biÕn ®æi vµ ®éng c¬) sö dông cÇu ch×. §Ó b¶o vÖ mÊt tõ th«ng, sö dông r¬le b¶o vÖ mÊt tõ th«ng. Sö dông r¬le b¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®Ó b¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®éng c¬, m¸y biÕn ¸p... B¶o vÖ trong bé biÕn ®æi a. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt Khi thyristor ®­îc ®iÒu khiÓn më cho dßng ch¶y qua van, c«ng suÊt tæn thÊt bªn trong sÏ ®èt nãng chóng, trong ®ã mÆt ghÐp lµ n¬i bÞ ®èt nãng lín nhÊt. Ngoµi ra, qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch van còng g©y ra tæn thÊt ®iÖn n¨ng. Do c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn nãi chung rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é, mäi sù qu¸ nhiÖt ®é trªn van dï chØ diÔn ra trong thêi gian ng¾n còng cã thÓ ph¸ háng van, nªn ®Ó b¶o vÖ qu¸ nhiÖt trªn van, ta sö dông c¸c biÖn ph¸p lµm m¸t c­ìng bøc. BiÖn ph¸p lµm m¸t th«ng dông nhÊt lµ qu¹t kh«ng khÝ xung quanh c¸nh t¶n nhiÖt (lµm m¸t b»ng giã). §èi víi thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt lín h¬n, ta cã thÓ cho n­íc trùc tiÕp ch¶y qua c¸nh t¶n nhiÖt (lµm m¸t b»ng n­íc) hoÆc ng©m c¶ thiÕt bÞ b¸n dÉn vµo dÇu biÕn thÕ. Trong ®å ¸n nµy, viÖc thiÕt kÕ b¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho thyristor thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p lµm m¸t c­ìng bøc b»ng giã víi hÖ sè b¶o vÖ qu¸ nhiÖt trªn van lµ ki=1,5 vµ ku=1,6. b. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p trªn van §Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p trªn van, ta sö dông m¹ch RC, b¶o vÖ tõng thyristor: M¹ch ®Êu song song víi van dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do c¸c nguyªn nh©n néi t¹i g©y ra – sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong líp b¸n dÉn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña van sÏ t¹o ra dßng ®iÖn ng­îc khi kho¸ van trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n, do ®ã lµm xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trªn c¸c ®iÖn c¶m ®­êng d©y nèi. M¹ch RC ®Êu gi÷a c¸c nguån pha dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p do c¸c nguyªn nh©n bªn ngoµi mang tÝnh ngÉu nhiªn – hiÖn t­îng sÊm sÐt, mét cÇu ch× b¶o vÖ bÞ nh¶y, c¾t kh«ng t¶i m¸y biÕn ¸p... C¸c trÞ sè linh kiÖn b¶o vÖ ®­îc chän dùa vµo c¸c trÞ sè kinh nghiÖm: C = 1mF vµ R = 1KW. H×nh 6.2 lµ s¬ ®å b¶o vÖ m¹ch chØnh l­u cÇu ba pha cã ®Çy ®ñ c¸c phÇn tö b¶o vÖ qu¸ dßng vµ qu¸ ¸p. H×nh 6.2 S¬ ®å bé biÕn ®æi cã b¶o vÖ qu¸ dßng vµ qu¸ ¸p tæng hîp hÖ thèng truyÒn ®éng M« h×nh hÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn Môc tiªu c¬ b¶n cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ph¶i ®¶m b¶o gi¸ trÞ yªu cÇu cña c¸c ®¹i lîng ®iÒu chØnh mµ kh«ng phô thuéc vµo t¸c ®éng cña c¸c ®¹i lîng nhiÔu lªn hÖ ®iÒu chØnh. HÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi cã cÊu tróc ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 8 gåm : ®éng c¬ truyÒn ®éng M quay chi tiÕt m¸y mµi trßn Mx vµ thiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng lîng - chØnh lu cÇu ba pha B§ (®îc gäi lµ phÇn lùc), c¸c thiÕt bÞ ®o lêng §L vµ c¸c bé ®iÒu chØnh R (®îc gäi lµ phÇn ®iÒu khiÓn). TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®îc gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt TH§ vµ ngoµi ra cßn cã c¸c tÝn hiÖu nhiÔu lo¹n NL t¸c ®éng lªn hÖ thèng. H×nh 7 CÊu tróc cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. §éng c¬ truyÒn ®éng ®îc sö dông lµ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp vµ ®îc cÊp n¨ng lîng tõ bé biÕn ®æi chØnh lu cÇu ba pha cã ®iÒu khiÓn. Bé biÕn ®æi cã chøc n¨ng biÕn ®æi n¨ng lîng ®iÖn thÝch øng víi ®éng c¬ truyÒn ®éng vµ mang th«ng tin ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu khiÓn c¸c tham sè ®Çu ra cña bé biÕn ®æi (nh c«ng suÊt, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, tÇn sè...). TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®îc lÊy ra tõ bé ®iÒu chØnh R. C¸c bé ®iÒu chØnh R (regulator) nhËn tÝn hiÖu th«ng b¸o sai lÖch vÒ tr¹ng th¸i lµm viÖc cña truyÒn ®éng th«ng qua so s¸nh gi÷a tÝn hiÖu ®Æt TH§ vµ tÝn hiÖu ®o lêng c¸c ®¹i lîng truyÒn ®éng. §Ó ®¶m b¶o chÊt lîng cña hÖ, ta sö dông c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn vµ tèc ®é. Sù biÕn thiªn cña c¸c tÝn hiÖu ®Æt g©y ra c¸c sai lÖch kh«ng tr¸nh ®îc trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é vµ còng cã thÓ g©y sai lÖch trong chÕ ®é x¸c lËp. Trªn c¬ së ph©n tÝch c¸c sai lÖch ®iÒu chØnh, ta cã thÓ chän ®îc c¸c bé ®iÒu chØnh, c¸c m¹ch bï thÝch hîp ®Ó n©ng cao chÝnh x¸c cña hÖ thèng. Tæng hîp c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh kiÓu nèi cÊp M¹ch vßng ®iÒu chØnh nèi cÊp Khi tæng hîp hÖ truyÒn ®éng nhiÒu th«ng sè thêng ph©n hÖ thµnh cÊu tróc nhiÒu vßng cã c¸c bé ®iÒu chØnh kiÓu nèi cÊp. Cho ®Õn nay, ph¬ng ph¸p chung tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh trong cÊu tróc nèi cÊp cha thËt hoµn thiÖn, chñ yÕu do viÖc chän th«ng sè tèi u cña c¸c bé ®iÒu chØnh vµ tÝnh chÊt phøc t¹p cña hÖ thèng thùc. V× thÕ, viÖc tÝnh to¸n tæng hîp gÇn ®óng cã gi¸ trÞ to lín trong thiÕt kÕ ®Þnh híng còng nh trong chØnh ®Þnh vµ vËn hµnh hÖ thèng. HÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ hÖ thèng mµ ®¹i lîng ®îc ®iÒu chØnh lµ tèc ®é gãc cña ®éng c¬ ®iÖn. HÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é ®îc h×nh thµnh tõ hÖ thèng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. Do c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ mµ hÖ thèng cÇn ®¹t v« sai cÊp 1 hoÆc v« sai cÊp hai. NhiÔu chÝnh cña hÖ thèng lµ m«men c¶n Mc. Tuú theo yªu cÇu c«ng nghÖ mµ bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rw cã thÓ ®îc tæng hîp theo hai tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn hoÆc theo nhiÔu t¶i Mc. Trong trêng hîp chung, hÖ thèng ph¶i cã ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh tèt c¶ tõ phÝa tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn lÉn phÝa tÝn hiÖu nhiÔu lo¹n. Theo ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng, gi¸ trÞ trung b×nh ë ®Çu ra cña bé chØnh lu quyÕt ®Þnh tèc ®é quay cña ®éng c¬. Ngêi ta cã thÓ coi bé chØnh lu lµ mét bé khuÕch ®¹i c«ng suÊt. Gãc më van thêng ®îc ®iÒu chØnh nhê ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn u®k . C«ng suÊt cña tÝn hiÖu vµo rÊt nhá so víi c«ng suÊt ®Çu ra cña bé chØnh lu. S¬ ®å khèi chøc n¨ng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 9.4 trong ®ã, hÖ thèng sö dông mét m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. FX lµ thiÕt bÞ ph¸t xung ®iÒu khiÓn bé biÕn ®æi B§. PhÇn tö phi tuyÕn HCD lµ phÇn tö h¹n chÕ dßng ®iÖn trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é. Sensor tèc ®é Sw ®ãng vai trß kh©u ph¶n håi tèc ®é. H×nh 8.1 S¬ ®å khèi hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tù ®éng. Tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn M¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn lµ m¹ch vßng c¬ b¶n cña hÖ thèng, x¸c ®Þnh m«men kÐo cña ®éng c¬ vµ thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng b¶o vÖ, ®iÒu chØnh gia tèc... HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn cã h»ng sè thêi gian c¬ häc Tc rÊt lín so víi h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña m¹ch phÇn øng T nªn ta cã thÓ coi søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. S¬ ®å khèi cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 9.2, trong ®ã F lµ m¹ch läc tÝn hiÖu, Ri lµ bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, B§ lµ bé chØnh lu cÇu ba pha, Si lµ sensor dßng ®iÖn. H×nh 8.2 S¬ ®å khèi cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. Tf, T®k, Tvo , T , Ti lµ c¸c h»ng sè thêi gian cña m¹ch läc, m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh lu, sù chuyÓn m¹ch chØnh lu, phÇn øng vµ sensor dßng ®iÖn. R lµ ®iÖn trë m¹ch phÇn øng vµ KCL, Ki lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña chØnh lu vµ sensor dßng ®iÖn. KCL = = 23,4; = 0,5714; Tf =Ti =T®k = 0,001 (s) << T ; T = 0,0366 (s); Tvo == 0,00167(s) Hµm truyÒn cña m¹ch dßng ®iÖn ( hµm truyÒn cña ®èi tîng ®iÒu chØnh): §Æt Ts = Tf + T®k + Tvo + Ti = 0,00467 < T = 0,0366 th× cã thÓ viÕt l¹i hµm truyÒn ë d¹ng gÇn ®óng nh sau: ¸p dông tiªu chuÈn tèi u module, ta t×m ®îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng kh©u tû lÖ – vi ph©n PI, trong ®ã ®· chän Ts = Ts =0,00467s (chän a =2): Hµm truyÒn cña m¹ch vßng sÏ lµ: H×nh 8.3 §Æc tÝnh qu¸ ®é dßng ®iÖn hÖ thèng Qu¸ tr×nh qu¸ ®é sÏ kÕt thóc sau thêi gian Tq® = 8,4Ts = 0,039(s) vµ ®é qu¸ ®iÒu chØnh lµ 4,57% (Imax = 18,3A). NÕu xÐt ®Õn ¶nh hëng cña søc ®iÖn ®éng ®éng c¬ th× do tÝnh chÊt c¶n dÞu cña nã mµ trong nhiÒu cã thÓ kh«ng x¶y ra qu¸ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. Tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é Sensor tèc ®é : vµ h»ng sè thêi gian läc Tw = 0,001 (s). H×nh 8.4 S¬ ®å khèi cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é Theo kÕt qu¶ tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, ta cã hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn lµ: §Ó thuËn tiÖn trong tÝnh to¸n tiÕp theo, ta bá qua thµnh phÇn 2 ®Ó thu ®îc biÓu thøc gÇn ®óng cña hµm truyÒn m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hÖ thèng: §Æt = 0,00517, khi ®ã ®èi tîng ®iÒu chØnh cã hµm truyÒn: Theo tiªu chuÈn tèi u module, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u tû lÖ P, (lÊy hÖ sè a2 = 2): 126,97 Hµm truyÒn cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ: M¹ch vßng tèc ®é nµy lµ v« sai cÊp 1 ®èi víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ lµ h÷u sai ®èi víi tÝn hiÖu nhiÔu. HÖ sè khuÕch ®¹i cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é Kp cã thÓ ®iÒu chØnh th«ng qua tham sè a2. H×nh 8.5 §Æc tÝnh qu¸ ®é tèc ®é hÖ thèng H×nh 8.6 §Æc tÝnh qu¸ ®é hÖ thèng thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn M¹ch ®iÒu khiÓn thyristor Nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn Thyristor chØ më cho dßng ®iÖn ch¶y qua khi cã ®iÖn ¸p d¬ng ®Æt trªn anode vµ xung ¸p d¬ng ®Æt vµo cùc ®iÒu khiÓn G. Sau khi thyristor ®· më th× xung ®iÒu khiÓn kh«ng cßn t¸c dông, dßng ®iÖn ch¶y qua do th«ng sè cña m¹ch ®éng lùc quyÕt ®Þnh. M¹ch ®iÒu khiÓn cã c¸c chøc n¨ng sau: §iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi ®iÒu chØnh øng víi nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn anode – cathode cña thyristor. T¹o ra ®îc c¸c xung ®iÒu khiÓn ®ñ ®iÒu kiÖn më ®îc thyristor (xung ®iÒu khiÓn thêng cã biªn ®é vµ ®é réng xung x¸c ®Þnh CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu khiÓn mét thyristor ®ùoc tr×nh bµy trªn h×nh 10.1. ucm - ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn, ®iÖn ¸p mét chiÒu; us - ®iÖn ¸p ®ång bé, ®iÖn ¸p xoay chiÒu hoÆc biÕn thÓ cña nã, ®ång bé víi ®iÖn ¸p anode – cathode uAK cña thyristor; B»ng c¸ch t¸c ®éng vµo ucm cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc vÞ trÝ xung ®iÒu khiÓn, còng tøc lµ ®iÒu chØnh gãc ®iÒu khiÓn a. H×nh 9.1 CÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn §Ó ®iÒu khiÓn vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn thyristor, ta sö dông nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn “ arccos ”. Theo nguyªn t¾c nµy, ta sö dông hai ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé us vît tríc uAK = Umsinwt cña thyristor mét gãc p/2, us =Umcoswt. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ucm lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc biªn ®é qua c¸c bé ®iÒu chØnh tèc ®é vµ dßng ®iÖn Rw vµ Ri. NÕu ®Æt us vµo cæng ®¶o vµ ucm vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× khi us = ucm ta sÏ nhËn ®îc mét xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra khi kh©u nµy lËt tr¹ng th¸i: ucm = Umcosa. Do ®ã a = arccos. Nh vËy, khi ®iÒu chØnh ucm tõ trÞ sè ucmmin ®Õn ucmmax ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc gãc ®iÒu khiÓn a = (amin ¸ amax). H×nh 9.2 Nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn th¼ng ®øng “ arccos ”. CÊu tróc tõng khèi chøc n¨ng C¸c bé ®iÒu chØnh Rw vµ Ri Bé ®iÒu chØnh lµ mét trong nh÷ng phÇn tö quan träng nhÊt trong hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn v× nã ®¶m b¶o chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña hÖ thèng. Bé ®iÒu chØnh cã hai nhiÖm vô: KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu sai lÖch nhá cña hÖ T¹o hµm ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña hÖ thèng. Trong hÖ thèng ta sö dông hai bé ®iÒu chØnh: bé ®iÒu chØnh tû lÖ P dïng ®iÒu chØnh tèc ®é vµ bé ®iÒu chØnh tû lÖ - tÝch ph©n PI ®Ó ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn: Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é: 126,97 Chän R = KW; R2 = W; R3 = W; C = mF. §Ó t¹o m¹ch läc F, ta nèi thªm tô Ck = 5mF song song víi ®iÖn trë R3. H×nh 10.1 CÊu tróc c¸c bé ®iÒu chØnh Rw vµ Ri Sensor dßng ®iÖn Yªu cÇu ®Æt ra ®èi víi bé ®o dßng ®iÖn mét chiÒu vµ ®iÖn ¸p mét chiÒu, ngoµi viÖc ®¶m b¶o vÒ ®é chÝnh x¸c, cßn ph¶i ®¶m b¶o c¸ch ly gi÷a m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn. Ta sö dông ph¬ng ph¸p biÕn ®iÖu ®Ó truyÒn tÝn hiÖu mét chiÒu tõ s¬ cÊp sang thø cÊp cã c¸ch ly b»ng phÇn tö quang ®iÖn. Trªn h×nh 10.2 lµ s¬ ®å ®o c¸ch ly c¸c ®¹i lîng mét chiÒu dïng phÇn tö b¸n dÉn quang ®iÖn. Nã gåm m¹ch dao ®éng xung tam gi¸c ®èi xøng, m¹ch so s¸nh, m¹ch truyÒn xung vµ m¹ch tÝch ph©n. Sensor tèc ®é Sö dông m¸y ph¸t tèc mét chiÒu $T7/220 tèc ®é ®Þnh møc 3000vßng/phót vµ c«ng suÊt P = 23,2 W. Chän R = 10KW; C = 10mF H×nh 10.3 M¹ch ®o tèc ®é b»ng m¸y ph¸t tèc mét chiÒu. M¹ch h¹n chÕ dßng M¹ch h¹n chÕ dßng dïng ®Ó h¹n chÕ lîng ®Æt dßng ®iÖn vµ h¹n chÕ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn Udk kh«ng vît qu¸ ®Ønh cña ®iÖn ¸p so s¸nh víi Udk tøc lµ kh«ng lín h¬n 10V. H×nh 10.4 M¹ch h¹n chÕ vµ ®Æc tÝnh kh©u h¹n chÕ Kh©u so s¸nh tÝn hiÖu Kh©u so s¸nh tÝn hiÖu dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n OA – operation amplifier. ë ®©y, ta sÏ so s¸nh tÝn hiÖu cña ®¹i lîng ®ång bé víi tÝn hiÖu ®iÖn ¸p nguån us vµ tÝn hiÖu cña ®¹i lîng ®Æt – tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ucm. C¸c ®iÖn ¸p us vµ ucm víi cùc tÝnh ngîc nhau ®îc ®Æt vµo cæng ®¶o cña OA. H×nh 10.5 M¹ch so s¸nh hai tÝn hiÖu Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång bé §Ó ®iÒu chØnh 6 thyristor më víi gãc a, thêng cÇn ®Õn mét hÖ ®iÖn ¸p 6 pha lµm ®iÖn ¸p ®ång bé. Gãc a ®îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c ®iÖn ¸p nguån. V× vËy, hÖ ®iÖn ¸p ®ång bé ph¶i vît tríc hÖ ®iÖn ¸p nguån nu«i mét gãc p/3. Yªu cÇu nµy sÏ ®îc tho¶ m·n mét c¸ch dÔ dµng nÕu sö dông mét m¸y biÕn ¸p ba pha. S¬ cÊp cã ba cuén d©y ®Êu Y lÊy ®iÖn tõ thø cÊp m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt. §iÓm trung tÝnh, ký hiÖu lµ 0, ®îc nèi víi ®iÓm 0 cña m¹ch ®iÒu khiÓn. H×nh 10.6 T¹o ®iÖn ¸p ®ång bé cho chØnh lu cÇu ba pha. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p nguån cung cÊp Nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu dïng trong m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn thêng lµ nguån ®iÖn ¸p æn ®Þnh tríc nh÷ng dao ®éng bÊt thêng cña líi ®iÖn xoay chiÒu. V× vËy, ph¶i sö dông m¹ch æn ¸p. H×nh 10.7 Nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu dïng vi m¹ch LM78L12. M¹ch dao ®éng Sö dông vi m¹ch TIMER 555 do h·ng Signetics chÕ t¹o lµm m¹ch ph¸t xung chñ ®¹o víi tÇn sè xung ra 1kHz. H×nh 10.8 M¹ch dao ®éng sö dông vi m¹ch TIMER 555. Kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung C¸c xung ®iÒu khiÓn ®îc b¨m nhá thµnh c¸c chïm xung ®Ó ®¶m b¶o më c¸c thyristor mét c¸ch ch¾c ch¾n vµ ®îc khuÕch ®¹i tíi c«ng suÊt ®ñ lín. ViÖc t¹o chïm xung ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch ®a xung ®iÒu khiÓn vµ xung dao ®éng tõ bé dao ®éng tíi hai ®Çu vµo cña mét m¹ch AND (trong trêng hîp nµy ta sö dông vi m¹ch LS7400). C¸c xung chïm cã ®îc ë lèi ra cæng AND sÏ ®îc khuÕch ®¹i gåm hai transistor ®Êu theo s¬ ®å Darlington nh»m n©ng cao hÖ sè khuÕch ®¹i dßng. Cuèi cïng c¸c xung ®iÒu khiÓn ®îc ®a tíi biÕn ¸p xung ®Ó tíi cùc ®iÒu khiÓn cña thyristor. H×nh 10.8 S¬ ®å khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn vµ biÓu ®å thêi gian S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn BiÓu ®å thêi gian m« pháng hÖ thèng b»ng Simulink Giíi thiÖu phÇn mÒm Simulink Matlab lµ ch¬ng tr×nh phÇn mÒm trî gióp cho viÖc tÝnh to¸n vµ hiÓn thÞ. Nã cã thÓ ch¹y trªn hÇu hÕt c¸c lo¹i m¸y tÝnh vµ ®îc ®iÒu khiÓn bëi sè lîng lín c¸c lÖnh, c¸c tËp lÖnh. C¸c lÖnh nµy ngµy cµng ®îc më réng nhê c¸c phÇn Toolbox (th viÖn trî gióp) kh¸c nhau hay th«ng qua c¸c hµm øng dông ®îc t¹o lËp bëi ngêi sö dông. Simulink lµ mét Toolbox hç trî ®¾c lùc cho viÖc m« h×nh ho¸, m« pháng vµ ph©n tÝch mét hÖ thèng ®éng. Simulink cho phÐp m« t¶ hÖ thèng tuyÕn tÝnh, hÖ phi tuyÕn, c¸c m« h×nh trong thêi gian liªn tôc, gi¸n ®o¹n hay mét hÖ kÕt hîp c¶ liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n. HÖ thèng còng cã thÓ cã nhiÒu tèc ®é kh¸c nhau cã nghÜa lµ c¸c phÇn kh¸c nhau lÊy mÉu vµ cËp nhËt sè liÖu ë tèc ®é kh¸c nhau. §Ó m« h×nh ho¸ Simulink cung cÊp mét giao diÖn ®å häa ®Ó x©y dùng m« h×nh nh mét s¬ ®å khèi sö dông thao t¸c “ drag and drop ” – “kÐo vµ th¶ ”chuét. Víi giao diÖn nµy, ta cã thÓ x©y dùng m« h×nh nh x©y dùng trªn giÊy. §©y lµ sù kh¸c biÖt c¸c phÇn mªm m« pháng hÖ thèng tríc nã mµ ë ®ã ngêi sö dông ph¶i ®a vµo c¸c ph¬ng tr×nh vi ph©n vµ c¸c ph¬ng tr×nh sai ph©n b¨ng mét ng«n ng÷ lËp tr×nh. ViÖc lËp tr×nh trªn Simulink sö dông c¸c ®èi tîng ®å ho¹ gäi lµ Graphic Programming Unit – GPU. Nã ®îc x©y dùng trªn c¬ së c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh OOP, t¹o ®iÒu kiÖn hÕt søc thuËn lîi cho viÖc thay ®æi gi¸ trÞ c¸c thuéc tÝnh trong nh÷ng khèi thµnh phÇn. Lo¹i h×nh lËp tr×nh nµy cã xu thÕ ®îc sö dông nhiÒu trong kü thuËt bëi u ®iÓm lín nhÊt c¶u nã lµ tÝnh trùc quan, dÔ viÕt vµ h×nh dung ®èi víi ngêi lËp tr×nh kh«ng chuyªn nghiÖp còng nh nh÷ng ngêi kh«ng muèn bá nhiÒu thêi gian cho viÖc nghiªn cøu thªm mét ng«n ng÷ lËp tr×nh míi. Th viÖn cña Simulink còng bao gåm toµn bé th viÖn c¸c khèi nh khèi nhËn tÝn hiÖu, c¸c nguån tÝn hiÖu, c¸c phÇn tö tuyÕn tÝnh vµ phi tuyÕn, c¸c ®Çu nèi chuÈn. §iÒu ®Æc biÖt ë ch¬ng tr×nh nµy lµ ngêi dïng cã thÓ t¹o ra c¸c khèi th viªn riªng cña m×nh. C¸c m« h×nh bµi to¸n trong Simulink ®îc x©y dùng cã thø bËc hay cßn gäi lµ x©y dùng theo m« h×nh ph©n cÊp, ®iÒu ®ã cho phÐp ngêi sö dông cã thÓ x©y dùng m« h×nh theo híng pop-down hoÆc pop-up. Ngêi dïng võa cã thÓ quan s¸t hÖ thèng ë møc tæng quan, võa cã thÓ ®¹t ®îc møc ®é cô thÓ b»ng c¸ch nh¸y kÐp vµo tõng khèi x¸c ®Þnh ®Ó xem xÐt chi tiÕt m« h×nh cña tõng khèi. Víi c¸ch x©y dùng kiÓu nµy, ngêi dïng cã thÓ hiÓu ®îc s©u s¾c tæ chøc cña mét m« h×nh vµ nh÷ng t¸c ®éng qua l¹i cña c¸c phÇn trong m« h×nh nh thÕ nµo. Sau khi x©y dùng m« h×nh hÖ thèng, ngëi sö dông cã thÓ m« pháng nã trong Simulink b»ng c¸ch nhËp lÖnh trong cöa sæ lÖnh cña Matlab hoÆc sö dông c¸c menu cã s½n. ViÖc sö dông c¸c Menu ®Æc biÖt thÝch hîp cho c¸c c«ng viÖc cã sù t¸c ®éng qua l¹i lÉn nhau, cßn sö dông dßng lÖnh thêng hay ®îc sö dông khi ch¹y mét lo¹t c¸c m« pháng. C¸c bé Scope vµ c¸c khèi hiÓn thÞ kh¸c cho phÐp ngêi sö dông cã thÓ theo dâi kÕt qu¶ trong khi ®ang ch¹y m« pháng. H¬n n÷a, ngêi sö dông cã thÓ thay ®æi th«ng sè hÖ thèng mét c¸ch trùc tiÕp vµ nhËn biÕt ®îc c¸c ¶nh hëng ®Õn m« h×nh. KÕt qu¶ m« pháng cã thÓ ®Æt vµo Matlab ®Ó xö lý ®a ra m¸y in hoÆc hiÓn thÞ. CÇn nhÊn m¹nh ®iÒu quan träng nhÊt trong viÖc m« pháng mét hÖ thèng hay mét qu¸ tr×nh lµ viÖc x©y dùng ®îc m« h×nh hÖ thèng, qu¸ tr×nh ®ã. §Ó sö dông tèt ch¬ng tr×nh nµy, ta cÇn n¾m c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ®iÒu khiÓn tù ®éng, x©y dùng m« h×nh to¸n häc theo quan ®iÓm lý thuyÕt ®iÒu khiªn tù ®éng vµ tõ ®ã x©y dùng m« h×nh bµi to¸n cÇn gi¶i quyÕt. M« pháng hÖ thèng S¬ ®å m« pháng b»ng Simulink KÕt qu¶ m« pháng H×nh 13.1 KÕt qu¶ m« pháng ®Æc tÝnh dßng ®iÖn hÖ thèng H×nh 13.3 KÕt qu¶ m« pháng ®Æc tÝnh tèc ®é hÖ thèng kÕt luËn MÆc dï lµ mét lÜnh vùc t¬ng ®èi hÑp nhng truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu lu«n lu«n cã nh÷ng vÊn ®Ò hÕt søc hÊp dÉn vµ còng rÊt phøc t¹p. V× vËy, b¶n ®å ¸n nµy kh«ng cã tham väng ®i s©u vµo tÊt c¶ c¸c vÊn ®Ò cña lÜnh vùc nµy. Nh÷ng kÕt qu¶ ®îc tr×nh bµy trong b¶n ®å ¸n m«n häc trªn ®©y míi chØ lµ nh÷ng kÕt qu¶ bíc ®Çu trong viÖc kh¾m ph¸ nh÷ng ®iÒu míi mÎ cña mét lÜnh vùc ®Çy thó vÞ. Trong néi dung nghiªn cøu cña b¶n ®å ¸n nµy, em ®· thùc hiÖn ®îc c¸c nhiÖm vô sau: T×m hiÓu c«ng nghÖ vµ yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. Lùa chän c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ hÖ thèng. Tæng hîp vµ hiÖu chØnh m¹ch vßng nèi cÊp hÖ thèng. ThiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý m¹ch ®iÒu khiÓn hÖ thèng. M« pháng hÖ thèng b»ng Sinulink. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn, ch¾c ch¾n b¶n th©n em kh«ng thÓ tr¸nh khái n÷ng thiÕu sãt, em rÊt mong nhËn ®îc nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña c¸c thÇy vµ c¸c b¹n ®Ó b¶n ®å ¸n nµy hoµn thiÖn h¬n. Em xin bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh vµ s©u s¾c tíi thÇy gi¸o híng dÉn TiÕn sÜ NguyÔn V¨n LiÔn, ®· tËn t×nh híng dÉn vµ cho nhiÒu ý kiÕn ®ãng gãp quý b¸u, tíi tËp thÓ Bé m«n Tù ®éng ho¸ XNCN trêng §H B¸ch Khoa Hµ Néi vµ c¸c b¹n sinh viªn ®· t¹o nh÷ng ®iÒu kiÖn nghiªn cøu tèt nhÊt trong suèt thêi gian thùc hiÖn b¶n ®å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ nµy. tµi liÖu tham kh¶o §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, Ph¹m Quèc H¶i, NguyÔn V¨n LiÔn, D¬ng V¨n Nghi – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1999. TruyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quãc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ HiÒn – NHµ XUÊT B¶N Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1998. Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng – Ph¹m C«ng Ng« - Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ néi 2000. §iÖn tö c«ng suÊt – NguyÔn BÝnh – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 2000. §iÖn tö c«ng suÊt vµ §iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn – Cyril W.Lander - Ngêi dÞch Lª V¨n Doanh) – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1997. Kü thuËt ®iÖn tö qua s¬ ®å – H.Schreiber – Ngêi dÞch Lª V¨n Doanh, Vâ Th¹ch S¬n – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1997. C¬ së Matlab vµ øng dông – NguyÔn H÷u T×nh, Lª TÊn Hïng, Ph¹m ThÞ Ngäc YÕn, NguyÔn ThÞ Lan H¬ng – NXB Khoa häc kü thuËt 1999. ChØnh lu thyristor dïng trong truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu – NguyÔn Tõ S¬n – LuËn v¨n cao häc 1993. CÈm nang Kü thuËt ®iÖn Tù ®éng ho¸ vµ Tin häc c«ng nghiÖp – R.Buorgeois, P.Dalle, B.Maizieres, E.Esvan, E.Seuillot – Ngêi dÞch Lª V¨n Doanh – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1999. Electromechanical Design Handbook – Ronald A.Walsh – McGraw Hill 1995.