Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường

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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 20 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 t t 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 21 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 R18 5 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 22 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 FT WR3 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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 23 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 20 21  , 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(75,138,0 11U2  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) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 24 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 sV dt dU  - Tốc độ biến thiê dòng điện : )/(100 sV dt di  - 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 25 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 32 2 1  U Un 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 = 32,5= 7,5 V + Dòng điện đặt lên sơ cấp BAX là: )(5,03 5,12 1 An II  + Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt từ là: 3 6 0 10.8 3010.25,1 3,0       H B tb   Trong đó: 60 10.25,1  (H/m) là độ từ thẩm của không khí + Thể tích lõi sắt từ cần có:  32 463 2 110 834,0 3,0 5,05,715,0102,110.25,1108 cmV B IUStlQV 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 26 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc  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 J I = 6 10.6 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 = 4 2,0 2 2  J I = 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  csQ SwwS  Như vậy, cửa sổ đủ diện tích cần thiết d a b Hình 4.17: Hình chiếu lõi biến áp xung Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 27 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 1I U cc 30  + Tính chọn giá trị điện trở R14 và R15 : Ta biết dòng điện vào cự Bazo của Transistor là 0,66mA : )(73,22 10.66,0 15 314   kI UR 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 = 318 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 . Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 28 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc  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 4,0 15  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 10.1 15 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) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 29 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc  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  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   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) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 30 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 : Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 31 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc )(016,0 4,238.3 682,11 .3 1 1 AU SI  + Dòng điện thứ cấp máy biến áp : )(1298,0 15.6 682,11 .3 1 2 AU SI  + Tiết diện hình trụ của máy biến áp được tính theo công thức kinh nghiệm : QT = kQ. S m.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= 674,150.3 682,116  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 : )(6317 10.7,1.1.50.44,4 4,238 ...44,4 4 1 1 vòngQBf UW T   + Chọn mật độ dòng điện là J1=J2=2,75A/mm2 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 32 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc Tiết diện dây sơ cấp là : 2 11 1 0059,075,2.4,238.3 682,11 ...3 mm JU SS  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 : )(398 4,238 15.6317 1 2 12 vòngU UWW  + Tiết diện dây thứ cấp : S2= 2 2 S 46,365= 0,234 6.U .J 6.12.2,75  mm2. 2 22 2 0472,075,2.15.6 682,11 ...6 mm JU SS  + 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 WdWd c ld cdcd 58,1 5,62.7,0 398.25,06317.1,0 4 . .. 4 22 2 2 21 2 1       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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 33 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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  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   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  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   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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 34 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 đmee Đ IRU n Ck 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 d b 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 35 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc * 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 UU U U . 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 U U 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 36 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc + thay các giá trị trên vào (7) ta được: 66,2061 600.05,0 67,6).05,01.(052,3.105,0.223 0682,0 11 . ).1(.. .1                    đmt tĐu nS DSkRI k  + Vậy hệ số khuếch đại trung gian kTG là: Ta có k = kI.kn = kTG.kb.kĐ  Đb TG kk kk .   62,2052,3.84,25 66,206 TGk 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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 37 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 38 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc + : 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 kIRR k kkkU kkkk kIRR kkkk kkkkun 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 : k kIkkRR k kkkIkU kkkk kIkkRR kkkk kkkIkU 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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 39 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 kRIku n Đucđ .1 ...   (I)  k kRIkn u Đu cđ ..).1(   - Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được: )(21,44 66,206 052,3.105,0.2,251)66,206.0682,01.(600 Vucđ    + Tốc độ không tải lý tưởng (điểm ứng với giá trị Iư = 0) )/(3,605 66,206.0682,01 66,206.21,44 01 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. )/(6,599 66,206.0682,01 052,3.105,0.6,26766,206.21,44 1 pvn    Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm: +         )6,599;6,267( )600;223( )3,605;0( B Đ A 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 k kIkkRR k kkkUkU n ĐbIdĐbIngcđ ĐdbIubbIĐngncđ .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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 40 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc (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 62,2 1421,44 pv k U u n TG bh cđ 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 )()(   )(6,396 052,3)84,25.5,1.04,0105,0( 8,5695,1.052,3.84,25).6,267.04,014( .)( ..).( A kkkR nkkkIU I ĐbI bhIĐbngrbh bh         Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm:      )8,569;6,396( )6,599;6,267( C B 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   )(6,560 052,3)84,25.5,1.04,0105,0( 05,1.052,3.84,25).6,267.00414( .)( ..).( A kkkR nkkkIU I ĐbI IĐbngrbh kđ         + Vậy điểm D (560,6;0) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 41 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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: )/(96,8967,6 600 min pvD nn đm  2.2.1. Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất: )(9,6 66,206 052,3.105,0.223)66,206.0682,01.(96,89).1(min min Vk k kRI Đđm cđ nU      Tốc độ không tải lý tưởng: )/(47,94 66,206.0682,01 66,206.9,6 .1 .min min0 pvk kUn 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) )/(06,89 66,206.0682,01 052,3.105,0.6,26766,206.9,6 .1 ...min' pv K kRIkU n Đngcđ B       Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm:         )06,89;6,267(' )96,89;223(' )47,94;0(' B Đ A 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. )/(12,23 0682,0 62,2 149,6min ' pv k U U TG bh cđ bhn       + Dòng điện. )(99,553 052,3)84,25.5,1.04,0105,0( 12,235,1.052,3.84,25).6,267.00414( .)( ..).( A kkkR nkkkIU I ĐbI bhIĐbngrbh bh         + 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(' C B Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 42 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 43 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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)®k U (p)d I (p)d I (p)c E (p)d n(p)kb p + 1 1/R eT .P + 1 d R mT P d 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:  s R LT d d e 0071,010.105,0 742,0 3   +Hằng số thời gian điện cơ:  s CC RGDT đmmđme d m 027,0 328,0. 2 60.328,0.375 105,0.10 .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: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 44 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc W (p)i (-) U (p)v U (p)®k U (p)d I (p)dkb p + 1 1/R eT .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 + 1p + 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.. )(       pppppTp RkpW e db đt   + 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 pkpW i i pii   1 )(   + Tổng hợp tham số: i = Te = 0,0071(s) p pkpW pii 0071,0 10071,0)(  + 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 )().()(       pp k pp k pp k 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: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 45 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc )/(6,199 00167,0.3 1. 3 1 sradcbci    - Tra bảng quan hệ KT ta có:  1,27 0168,0 455,0455,0 1T ci 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() )(355,0 20 0071,0);(34,420.217,0 mF R CRkR v i pvpp   + 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 11 1 11 1)( 21 2 1         pp k p k p k TkppT kpW III iIi I ki - Điều kiện: )/(141 00167,0 4,299. 3 1 3 1 sradk Icn    - Tra bảng quan hệ KT ta có: cnci T   1,27 0168,0 455,0455,0 1 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 46 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc (-) 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)R mT P d k §  k P + 1I 1 1 Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ + Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ ở dạng điển hình : mT P W (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( .. )(       ppppp k pT RkpW I m dĐ đt  + 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 pkpW n n pnn   1 )(   (PI) Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 47 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc + 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    pp pk pWpWpW pnđtnII (*) + Ta có: 89,44 81,0 36,3636,36 0033,0.5.2 1581,0 0033,0.2 1 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() )(825,0 20 0165,0);(8,89720.89,44 mF R CRkR v n pvpp   + 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 36,36599,00033,0 36,36599,0)( 23    ppp ppWht Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 48 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 : nn nnn n nn ht apapapapa kpkpkpw       )1( 2 2 1 10 1 10 ... ...)( + 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 a aaaa a aa aa b     ; 1 5041 1 51 40 2 a aaaa a aa aa b     .... + 0 2103 0 20 31 1 b baba b bb aa b     ; 0 4105 0 40 51 3 b baba b bb aa 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 + 479,0 1 36,36.0033,0599,0.1 1 3021 1 31 20 0        a aaaa a aa aa b + b2 = 0; b3 = 0 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 49 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc + 36,363 0 2103 0 20 31 1      a b baba b bb aa 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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 50 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 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 nCU R 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: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 51 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc cI dmaxI0 0n ng n I(M)IbhI A xln 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 xln 01n 02n IbhI A A' B cI dmaxI0 ng n I(M) Hình 6.2 Đặc tính tăng tốc một lượng nhỏ của động cơ Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 52 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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)c I dmaxI0 ng n I(M)IbhI A A' B IbhI A xln A' B 01n 02n xln 01n xln' xln' a) b) Hình 6.3 Đặc tính tăng tốc a) tăng tốc một lượng trung bình, b) Tăng tốc một lượng lớn Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 53 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 A B 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. Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 54 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 EU I ddd  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 90 0, II cũng giảm về giá trị 90 0 điện áp Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 55 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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 ).()(      R nCU R EUI Edddd + 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- n A' Hình 6.4 Đặc tính đảo chiều động cơ Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh --  -- Đồ Án Trang Bị Điện GVHD: Nguyễn Văn Hà - 56 - SVTH: Nguyễn Văn Ngọc 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