Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha

. Nên thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra chưa đủ các thông số yêu cầu. Để khắc phục các vấn đề này thì mạch điều khiển cần phải sử dụng khâu tạo xung. Khâu tạo xung bao gồm các mạch sau. Mạch sửa xung Mạch khuếch đại xung Mạch truyền xung đến Tiristor (thiết bị đầu ra) Mạch phân chia xung. III.1.4.1 : MẠCH SỬA XUNG: Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh, thấy răng khi thay đổi trị số uđk để thay đổi góc điều khiện α thì đội dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi. Như vậy là sẽ xuất hiện tình trạng có một số uvss ϖτ ϖτ v3v2v1 t3t2t1 urss Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 67 - trường hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát xung. Mạch sửa xung được đưa vào nhằm để khắc phục các vấn đề trên. Mạch sửa xung làm việc theo nguyên tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có đọ dài bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung. Mạch sửa xung được sử dụng sơ đồ như hình III-7 Trong đó uv là điện áp đầu vào của mạch, đó chính là điện áp (xung) ở đầu ra của khâu so sánh có hai mức bão hoà dương và âm trong mạch sửa xung này hai phần tử C2 và R16 sẽ quyết định độ dài của xung ra (ura). Nguyên lý làm việc của mạch: Khi điện áp vào (uv) ở mức bão hoà dương (tức là tín hiệu điện áp ra của khâu so sánh có mức bão hoà dương) cùng với sự có mặt của định thiên R17 làm cho Tranzitor Tr8 mở bão hoà và tụ C2 nạp điện theo đường +uv (điểm E) → C2→ R17→ Tr8. Tr8 mở bão hoà dẫn đến ura= 0 . Khi điện áp đầu vào ở mức bão hoà âm (uv < 0) tức là theo (+C2) → nguồn ucc → D→ R16→ (-C2). Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của Tranzitor Tr8 làm cho Tr8 khoá dẫn đến ở đầu ra nhận được xung ra, nếu như bỏ qua giá trị của R18 thì điện áp ra ura ≅ ucc. c2r16 tr8 r18r17 +ucc urss Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 68 - Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó sẽ được nạp theo chiều ngược lại nhờ có R17 mà Tr8 lại được đặt điện áp thuận lên mạch phát gốc ura= 0 . Mặc dù có còn xung âm ở đầu vào nhưng tụ C2 đã phóng hết điện tích nên nó không còn tác dụng đến đầu vào điều khiển (mạch phát - gốc) của Tr8 nên Tr8 mở bão hoà nhờ định thiên R17. Như vậy thời gian tồn tại được xác định theo biểu thức. tx = R16.C2.ln2 Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R16 và C2 do đó các xung ra luôn có giá trị không đổi. Giản đồ điện áp minh hoạ như hình vẽ III.1.4.2 MẠCH CHIA XUNG: Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2 xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này xuất hiện lệch nhau 1800 độ điên. Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. Như vạy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra. ϖτ ϖτ ϖτ α v3v2v1 ura uc2 urss Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 69 - Để thực hiện mạch tách xung người ta có thể sử dụng nhiều linh bán dẫn và vi mạch điện tử khác nhau. đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở trên , đã sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử logic "và" (AND). Tín hiệu đầu ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái. Y = X1.X2 Căn cứ vào các phân tích trong các phần trước ta có. điểm A (VA) và điểm B (VB) ở mạch tạo xung điện áp hình chữ nhật có 2 mức logic 0 và mức logic 1(lấy trên các Colectơ của Tr4 và Tr6 ) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr8 có các mức logic 0 và mức logic 1(là tín hiệu ra của mạch sửa xung) cũng tương ứng với các nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Như vậy mỗi kênh phát xung sử dụng 2 phẩn tử logic AND để tách riêng 2 xung trong chu kỳ điện áp đồng bộ hoá. Sơ đồ biểu diễn sau XP1 = VA.VF XP2 = VB.VF Trong nửa chu kỳ dương của uđbd sau một góc điều khiển α thì VF =1 kết hợp với VA= 1, VB = 0 nên nhận được xung ra ở đầu ra G2 (xp1=1) còn đầu ra G3 không có xung (xp2=0). Trong nửa chu kỳ âm của uđbd . Sau góc α thì VF=1 kết hợp với VA= 0 và VB=1 nên nhận xung ở đầu ra G3 (xp2=1) còn đầu ra G2 (xp1=0). • • Y x1 • x2 • • xp1 x1 • • xp2 • x2 G2 G3 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 70 - Như vậy với mỗi một kênh phát xung sở dụng mạch tách xung như trên đảm bảo tách riêng rẽ được các xung ra mà thời điểm xuất hiện của xung không thay đổi các xung sau khi được tách ra được đưa đến các thiết bị đầu ra truyền xung đến các Tiristor tương ứng. III.1.4.3 : MẠCH GỬI XUNG : Do tính chất của bộ chỉnh lưu cầu thì tại một thời điểm phải có hai Tiristor được mở đồng thời trong đó một van nhóm anốt chung và van kia ở nhóm katốt chung. Nguyên tắc điều khiển là theo thứ tự T1T, T2T, T3T, T4T, T5T, T6T van đứng sau sẽ mở sau van đứng kế trước góc pi/3. Vậy khi 1 van nào đó nhận được xung điều khiển thì van đứng liền trước nó cũng phải nhận được xung điều khiển. Từ các phần tích như trên, đưa ra nguyên lý gửi xung. Khi T1 nhận được xung thì gửi tới T6, xung T2 gửi cho T1. Cữ như vậy van đứng sau nhận được xung thì gửi lên cho van đứng trước nó mở. Mạch gửi xung được sử dụng các phần tử logic ''hoặc'' (or) làm việc theo phương trình trạng thái: ura = uv1 + uv2 với các uv1 và uv2 là các tín hiệu đầu vào có các mức logic 0 và logic 1 (uv1, uv2 là các mức logic đầu vào). Mạch gửi xung gồm các phẩn tử OR: Gx4 ÷ Gx9, c đầu ra của mạch gửi xung đưa tới đầu vào của mạch khuếch đại xung. Với việc thực hiện mạch gửi xung như trên sẽ đảm bảo có thể khởi động được sơ đồ chỉnh lưu một cách chắc chắn mà không cần thiết phải kéo dài xung điều khiển Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 71 - III.1.4.4 : THIẾT BỊ ĐẦU RA:(MẠCH TRUYỀN XUNG RA ĐẾN TIRISTOR) Để khuyếch đại công suất của xung điều khiển, hiển nay phổ biến nhất là các sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Bản thuyết kế này sẽ sử dụng sơ đồ mạch khuếch đại xung (KĐX) dùng Tranzitor viẹc sử dụng Tranziror làm mạch KĐX là phổ biến và dễ dàng thực hiện. Tín hiệu đầu vào (uv) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết bị đầu ra được sử dụng là biến áp xung (BAX). Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơr (mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Trk1 và Trk2 mắc nối tiếp tương đương với một Tranzitor có hệ số khuếch đại dòng điện của 2 Tranzitor thành phần . β = β1+ β2. Trong đó β1 và β2 là hệ số khuếch đại dòng điện theo sơ đồ cực phát chung của Tr9và Tr10. xp1 xp4 xp3 xp6 xp5 xp2 x4 gx5 gx6 gx7 gx8 gx9 x1t x4t x3t x6t x5t x2t Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 72 - Thông thường có 2 cách truyền xung từ đầu ra hệ thống điều khiển mạch điện cực G-K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền xung qua máy biến áp xung. Bản thuyết minh này sử dụng phương pháp truyền xung qua máy biến áp xung. Đây là phương pháp truyền xung nhiều nhất hiện nay vì nó có thể khắc phục được các nhược điểm của phương pháp truyền xung trực tiếp, đó là. - Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ chỉnh lưu. - Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp nhau hoặc song song bằng cách dùng máy biến áp xung có nhiều cuộn thứ cấp. - Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuếch đại công suất xung và biên độ xung cần thiết trên điện cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ số máy biến áp xung cho phù hợp. - Máy biến áp xung (BAX) về cơ bản kết cấu giống như máy biến áp bình thường công suất nhỏ. Hoạt động của BAX tương tự như MBA làm viẹc với dòng điện không sin hoặc có thể xác định như là phi tuyến và sẽ bằng không khi từ trường lõi thép BAX đặt giá trị bão hoà. BAX có mạch từ rất chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong những khoảng thời gian ngắn. tr10 tr9 u®kt Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 73 - + Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Tín hiện vào của mạch khuếch đại xung (uv) là tín hiệu ra của mạch gửi xung đây là tín hiệu logic có 2 mức logic 0 và 1. Để phân tích nguyên lý hoạt động của sơ đồ ta gọi. - txv: Thời gian tồn tại của một xung điện áp vào. - tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Tr9 vảTr10 mở bão hoà) đến lúc từ thông lõi thép của BAX đặt giá trị từ thông bão hoà. - txr: Thời gian tồn tại 1 xung điện áp ra. * Xét trường hợp tbh > txv. Trong khoảng t = 0 ÷ t1 lúc này chưa có xung vào (uv=0) không có dòng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w1) nên bên thứ cấp BAX không nhận được xung(UđkT = 0). Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (uv > 0) làm cho Tr9 và Tr10 mở bão hoà, nên cuộn w1 đột ngột chịu điện áp ucc, suất hiện dòng qua cuộn w1 có giá trị tăng dần, do đó cảm ứng sang phía thứ cấp (w2) của BAX 1 xung điện áp. Với cực tính của hai cuộn dây như ở hình vẽ thì xung xuất hiện bên w2 sẽ đặt cực thuận nên D2 và truyền qua D2 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Tiristor. t1 t'1 ϖτ ϖτ t2 t'2 t1 t'1 t2 t'2 uv u®kT Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 74 - Khi t = t1+txv=t’1 (lúc này mạch từ chưa bão hoà), mất xung vào (uv=0) làm cho hai Tranzitor Tr9và Tr10 đồng thời khoá lại, thông qua w1 giảm về không. Do có sự giảm dần của dòng điện sẽ xuất hiện xung có cực tính ngược lại (xung âm) xung này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngược lai(xung âm này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngược vào D2 nên không có xung tới các cực của Tiristor tức là UđkT= 0 ). * Xét trường hợp tbh < txv. Trong khoảng từ 0 ÷ t1: chưa có xung ở đầu vào (uv=0) nên Tr9và Tr10 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 Tr9 và Tr10 mở (hai Tranzitor mở bão hoà), Trên cuộn sơ cấp BAX w1 đột ngột chia điện áp ucc và có dòng tăng dần đi qua. Với các cực tính cuộn dây như hình vẽ thì phía thứ cấp BAX w2 có xung đặt cực thuận nên đi ốt D2 và truyền qua đến cực điều khiển (G) và Katốt (K) của Tiristor. Khi t =t1+tbh thì mạch từ BAX bị bão hoà, nên từ thông lõi thép không biến thiên dẫn đến xung cảm ững trên các cuộn dây mất, do đó mất xung đến các cực Tiristor (UđkT=0). Khi t =t1+txv=t2 mất xung áp vào (uv=0) dẫn đến Tr9 và Tr10 cũng khoá kéo theo dòng qua w1 giảm dần về không. Sự giảm dần của dòng qua ϖτ u®kT txv txr=tbh t1 ϖτ uv Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 75 - w1 làm từ thông trong lõi thép BAX biến thiên theo hướng ngược lại, do vậy xuát hiện xung điện áp âm trên cuộn w1 các xung điện áp âm này cũng bị khử dần 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 trương hợp tbh > txv thì độ dài của xung ra đúng bằng độ dài của xung vào (txr= txv). Còn trong trường hợp tbh < txv thì độ dài của xung ra đúng bằng thời gian để cho mạch từ của máy BAX bão hoà (txr=tbh). Vậy cần phải cho BAX có thời gian bão hoà của mạch từ đủ lớn . III.2 : THIẾT KẾ MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN . Mạch khuếch đại trung gian là mạch điện để tạo ra tín hiệu điện áp điều khiển (uđk) gửi tới mạch phát xung . Điện áp uđk là điện áp 1 chiều có thể thay đổi được biên đội để điều chỉnh tốc độ của động cơ. Ngoài ra mạch khuếch đại trung gian còn có nhiệm vụ tự động ổn định tốc độ của động cơ, tự động hạn chế dòng điện phần ứng động cơ.. Đối với hệ thống ta đang thiết kế có yêu cầu điều khiển theo công nghệ của phụ tải mà động cơ truyền động thì điện áp chủ đạo ucđ phải được xử lý qua mạch đầu vào để tạo tín hiệu phù hợp công nghệ. Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại trung gian : Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 76 - III.2.1. KHÂU TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ÂM TỐC ĐỘ: Tín hiệu phản hồi âm tốc độ được lấy qua máy phát tốc có trục nối cứng với trục động cơ. Tín hiệu này tỷ lệ với tốc độ động cơ qua hệ sơ tuyến của máy phát tốc. Mạch này gồm các vi mạch khuếch đại thuật toán IC3 và các linh kiện liên quan. Trong đó tín hiệu đầu vào IC3 là Ucđ và tín hiệu phản hồi âm độ γn và được khuếch đại lên Kω lần với cực tính ngược lại. Tín hiệu này sau khi được tổng hợp sẽ được đến đầu vào đảo IC5 và đưa vào cực gốc của Tr tạo ra tín hiệu điều khiển –Uđk UVIC3 = -Ucđ + γn URIC3 = K1(Ucđ - γn) URIC5 =- K1.K2. ( Ucđ - γn) -Uđk ∼ - 1/ URIC5 Các tín hiệu này còn có thể kết hợp với tín hiệu phản hồi âm dòng điện khi D mở và tự động giảm Uđk để tăng góc mở anpha Giả sử khi tải tăng thì n giảm làm cho UVIC3 âm nhiều hơn => URIC5 âm nhiều lên => điện áp đặt vào cực gốc Tr âm nhiều lên => Tr mở nhiều và -Uđk giảm xuống , góc ỏ giảm => Ud tăng lên và tốc độ lại tăng lên . wr -uc® -Ucc -Ucc βi r22 r23 ung -U®k r28 r27 -Ucc tr11 -ucc + Ic5 _ +ucc r26 r25 d -ucc +ucc _ + Ic4 r24 +ucc _ Ic3 + -ucc γ n r19 r20 r21 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 77 - Khi tải giảm tốc độ tăng quá trình ổn định tốc độ xảy ra tương tự . `III.2.2. KHÂU TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ÂM DÒNG ĐIỆN CÓ NGẮT: Mạch này gồm các khuếch đại thuật toán IC4 và diốt D tín hiệu phản hồi dòng được thực hiện bởi bộ biến dòng BD qua bộ chỉnh lưu cầu điốt một pha để tạo ra tín hiệu phù hợp bởi biến trở tín hiệu này được đưa vào đầu vào IC4 và được so sánh với Ung - Khi Iư < Ing thì tín hiệu phải hồi âm dòng chưa tác dụng vì điện áp đầu vào IC4 âm nên tín hiệu ra IC4 dương nên dòng qua D bị chặn nên DI khoá khi đó điện áp điều khiển chỉ phụ thuộc vào tín hiệu phản hồi âm tốc độ γn . - Khi Iư > Ing do Iư tăng dần đến đầu vào IC4 dương nên tín hiệu ra IC3 âm vì vậy D mở và khâu hạn chế dòng điện tham gian vào và khi này ta có: URIC5 = K2.[(Ucđ - γn).K1 - β .( Iư – Ing)] Làm cho UVIC5 bớt dương và đầu ra của IC5 bớt âm => Tr mở ít đi . –Uđk g tăng lên => góc ỏ tăng , Ud giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tính cơ . nếu dòng điện phần ứng tăng quá lớn sẽ dẫn đến độ cứng đặc tính cơ rất dốc và hệ thống dừng làm việc III.3 : MẠCH LẤY CÁC TÍN HIỆU PHẢN HỒI VÀ TÍN HIỆU CHỦ ĐẠO III.3.1:MẠCH LẤY TÍN HIỆU PHẢN HỒI ÂM DÒNG ĐIỆN CÓ NGẮT : Tín hiệu phản hồi dòng điện (βI) được lấy thông qua máy biến dòng (TI) hợp với bộ biến đổi cầu 3 pha dùng điốt. d6 d3 d2 d5d1 d4 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 78 - Khi một trong hai bộ biến đổi làm việc thì tín hiệu dòng sơ cấp sẽ cảm ứng sang cuộn dây của máy biến dòng (TI) một sức điện động và sinh ra các dòng thứ cấp . Tín hiệu điện áp trên cuộn dây của máy biến dòng được chỉnh lưu ra dạng 1 chiều qua sơ đồ cầu chỉnh lưu 1 pha dùng đi ốt Dòng điện một chiều chỉnh lưu khép mạch qua R gây ra sụt áp trên R . Như vậy tín hiệu điện βI là dạng điện áp có trị số tỷ lệ với tín hiệu dòng điện của lưới điện cung cấp cho bộ chỉnh lưu, cũng tương ứng tỷ lệ với dòng điện phần ứng động cơ. III.3.2:MẠCH LẤY TÍN HIỆU PHẢN HỒI ÂM TỐC ĐỘ : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (γn) được lấy thông qua máy phát tốc (FT) nối cứng trục với động cơ điện 1 chiều cần ổn định tốc độ. Máy phát tốc được sử dụng là máy phat tốc 1 chiều, có tốc độ quay định mức bằng tốc độ định mức động cơ Máy phát tốc (FT) được gắn cứng trục với trục động cơ, nên tỷ số truyền i=1 và chiều quay của động cơ cũng là chiều quay phát tốc, khi đảo chiều quay thì máy phát tốc cũng đảo chiều quay. Khi động cơ Đ quay thì roto của máy phát tốc quay theo, phía stato của nó sẽ cảm ứng 1 sức điện động và sinh ra dòng điện khép mạch qua cực góp, chổi than và điện trở R gây sụt áp trên R . Như vậy tín hiệu γn là tín hiệu điện áp tỷ lệ với tốc độ quay của máy phát tốc, cũng là tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ Đ. III.3.3 : MẠCH TẠO NGUỒN NUÔI VÀ LẤY TÍN HIỆU CHỦ ĐẠO : - + fT γ n ® ck ckt Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 79 - - Mạch tạo nguồn nuôi được lấy từ hai bộ chỉnh lưu điot tia 3 pha mắc song song ngược sử dụng các tụ lọc và các IC ổn áp giữ cho điện áp nguồn nuôi là không đổi . - Mạch lấy tín hiệu chủ đạo là các biến trở ngưỡng và biến trở điều chỉnh chính WR . -ucc +ucc 7915 7815 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 80 - PHẦN III : TÍNH CHỌN THIẾT BỊ ĐẶT VẤN ĐỀ: Việc tính chọn các thiết bị điện phải dựa trên cơ sở yêu cầu của tải và phương pháp truyền động, dựa vào yêu cấu trúc của sư đồ chỉnh lưu. Tính chọn thiết bị điện là vấn đề cần thiết và quan trọng, quyết định đến việc đưa sơ đồ thiết kế có ý nghĩa trong thực tế. Hệ thống truyền động điện làm việc có đảo chiều liên tục dùng hai bộ biến đổi cầu ba pha đối xứng mắc song song ngược. Để đáp ứng các yêu cầu của hệ thống, phải chọn các thiết bị mạch động lực và mạch điều khiển, sao cho các thiết bị làm việc tin cấy chắc chắn. Việc chọn đúng thiết bị điện thì hệ thống mới có hiệu suất làm việc cao, an toàn, tin cậy và giảm được nhiều hỏng hóc. Ngoài ra việc tính chọn thiết bị điện cần phải quan tâm đến chỉ tiêu kinh tế. Hệ thống phải gọn nhẹ, đơn giản, dễ sửa chữa. III.1. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC: III.1.1. ĐỘNG CƠ ĐIỆN: Theo yêu cầu đề tài .Động cơ truyền động hệ thống được chọn với các thông số sau. - Công suất định mức của động cơ: Pđm=4,5 (KW). - Điện áp địmh mức mạch phần ứng: Uđm= 220 (V). - Dòng điện định mức mạch phần ứng: Iđm=25,4 (A). Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 81 - - Tốc độ định mức của động cơ: nđm=1500 (v/p). - Điện trở cuộn dây phần ứng: Rư = 0,795 (Ω). - Điện cảm cuộn dây phần ứng : Lư = 0,0329 (H). - GD2 =0,18 kg/m2. III.1.2. MÁY BIẾN ÁP ĐỘNG LỰC. Máy biến áp động lực là thiết bị biến đổi nguồn điện xoay chiều từ lưới điện thành nguồn điện xoay chiều phù hợp để cung cấp cho các bộ biến đổi. - Công suất MBA : Vì là bộ biến đổi cầu ba pha nên S=1,05.Pđm=1,05.Uđm.Iđm=1,05.220.25,4.10-3=5,8674(KVA) - Chọn mạch từ ba trụ tiết diện mỗi trụ được tính theo công thức kinh nghiệm sau: Q = K. fC S . Trong đó k = 4÷ 5 nếu là máy biến áp dầu k = 5÷ 6 nếu là MBA nhỏ S = công suất biểu kiễn của MBA f = tần số nguồn xoay chiều ở đây ta thiết kế với MBA nhỏ và chọn K=6 ta có Q = 6. 50.3 10.8674,5 3 =37,5(cm2) Ta có số vòng cuộn sơ cấp MBA là. 240 1,1.5,37.50.44,4 3/10.380 ...44,4 3/10. 441 === mQf U n β vòng - Điện áp dây thứ cấp là:U 2đm≥ Uđm.k1.k2.k3.k4 Trong đó : Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 82 - k1 : Hệ số sơ đồ chỉnh lưu : 43,0 6.3 1 2 === pi Udo Uk k2 : Hệ số tính đến sự dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới . k2 = 1,05 ÷ 1,1 . Chọn k2 = 1,05 k3 : Hệ số tính đến góc điều khiển αmin ≠ 0 . k3 = 1÷ 1,15 Chọn k3 = 1,15 k4 : Hệ số tính đến sụt áp trên điện trở thuần của nguồn cung cấp và sụt áp trên điện cảm nguồn do chuyển mạch . k4 = 1,15÷ 1,25 . chọn k4 = 1,2 Vậy U 2đm = 220.0,43.1,05.1,15.1,2 = 137 (v) Chọn U 2đm = 140 (v). - Trị hiệu dụng dòng thứ cấp máy biến áp . I2đm = kI.Iđm = 1,15.25,4 = 29,21 (A) Với kI = 1,1 ÷ 1,2 Chọn kI = 1,15 - Tỉ số MBA là : Kba = 7,2140 380 2 1 == U U . - Dòng sơ cấp máy biến áp . )(82,10 7,2 21,292 1 Ak II ba dm dm === - Tính toán các thông số của máy biến áp . + Điện trở dây quấn )(0108,0 4,25.140 1,1.50.3 . 1,1.50.4,25 220 .5,2 . .. . .. . 44 Ω=== dd m md d rBa IU fC fI UKr ββ Tong đó Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 83 - Kr : Hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc điểm của tải, Tra bảng II-2 ĐTTCSL ta có Kr =2,5 với máy biến áp đấu Y/Y tải cảm kháng, sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. C : Số trụ của máy biến áp: C = 3 trụ. f = 50 Hz : Tần số nguồn cung cấp . B : Độ tự cảm . Chọn B = 1,1(T). + Điện kháng của cuộn dây máy biến áp . )(10.16,9 4,25.220 1,1.50.3 1 . 1,1.50.4,25 220 .3.10.1,0 . .. 1 . .. .. 5 4 3 4 H IU fCfI UCKnL dd mmd d BA − − = == ββ Trong đó Kn = 0,1.10-3 là hệ số phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu và đặc tính phụ thuộc tải tra bảng 22 Điện Tử Công Suất Lớn. + Điện áp rơi trên điện trở máy biến áp. ∆UR = Id.rBA = 25,4.0,0108 = 0,27(v). + Điện áp rơi trên điện kháng tải của máy biến áp. ∆UL = 2pi.f.LBA.Id = 2.3,14.50.9,16.10-5.25,4 = 0,028(v). + Điện áp rơi trên các van ( chọn sụt áp trên các van ) ∆UV = 2 (V). + Điện áp rơi trên cuộn kháng bộ lọc = 2 % điện kháng tải : ∆UCK = 220.0,02 = 4,44 (V). + Điện áp chỉnh lưu không tải là : Ud0 = Ud + Σ∆Ud = 220 + 0,27 + 0,028 +2 + 4,44 = 226,4 (V). III.1.3. TÍNH CHỌN TIRISTOR MẠCH ĐỘNG LỰC. Tiristor là thiết bị bán dẫn để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện 1 chiều cung cấp cho động cơ 1 chiều kích từ động lập. Việc chọn các Tiristor phải dựa vào vào sơ đồ chỉnh lưu. Muốn có các van chỉnh Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 84 - lưu làm việc tin cậy và an toàn lâu dài, thì cần phải chọn các van chịu được trong điều kiện làm việc nặng nề nhất, cả khi phụ tải thay đổi vẫn đảm bảo độ tin cậy, chính xác, cụ thể là khi điện áp chỉnh lưu lớn nhất ứng với góc điều khiển α = αmin . Điều kiện chọn các Tiristor như sau: [Ung] ≥ Kung . Ungmax [Itb] ≥ Kđt .It Trong đó Kđt : Hệ số dự trữ dòng điện qua van, thường Kđt =1,8÷2 chọn Kđt = 1,9. Kung: Hệ số dự trữ điện áp thường Kung =1,2 ÷1,5 chọn Kung = 1,4. Ungmax: giá trị điện áp ngưực lớn nhất đặt vào mạch các cực K-A của van IT: Giá trị tính toán của dòng điện trung bình qua van đối với sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha. Ungmax = 6 .U2 IT = I/m Trong đó m: số pha nguồn (m=3) U2: Trị hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp động lực. Id: Dòng điện chạy qua động cơ do bộ chỉnh lưu cung cấp (là giá trị trung bình của dòng điện tải). Ta có giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu, đối với sơ đồ chỉnh lưu cấu 3 pha được xác định theo biểu thức. )(343140.6.6 2max VUU ng === )(47,8 3 4,25 33 AIII dmdT ==== [Ung] ≥ Kung . Ungmax = 1,4.343 = 480(V) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 85 - [Itb] ≥ Kđt .It = 1,9.8,47 = 16,1(A) Như vậy căn cứ vào các kết quả tính toán được và điều kiện để chọn Tiristor tra sách điện tử công suất lớn . Tiristor do liên xô chế tạo có các thông số sau. Mã hiệu I (A) Ungmax (KV) ∆U (V) tkh (µ ) Iđk (A) Uđk (V) di/dt (A/µ s) di/dt (V/µ s) T-150 150 0,05÷ 1 0,75 200 0,3 7 10 200 III.1.4. TÍNH CHỌN CUỘN KHÁNG SAN BẰNG: Cuộn kháng san bằng là cuộn được nối giữa nguồn chỉnh lưu và động cơ. Chức năng để san bằng các xung áp chỉnh lưu đến mức độ nào đó do phụ tải yêu cầu. Ngoài ra làm suy giảm mạch dòng điện có tần số cao. Chỉ tiêu của bộ lọc san bằng (Ksb). Vì sóng hoài bậc cao thì biên độ nhỏ (bậc càng cao thì biên độ càng nhỏ), nên đối với chỉnh lưu người ta chỉ xét đến lọc sóng cơ bản. Hệ số san bằng (Ksb) được xác định theo biểu thức r v sb K K K = Trong đó: Kv hệ số xung ở đầu vào. Giá trị của Kv phụ thuộc vào số đồi chỉnh lưu. 1 2 2 1 − == x dv mv v mU UK =0.057 U1mv: Biên độ sóng cơ bản của điện áp chỉnh lưu, đầu vào bộ lọc. Uđv: Điện áp 1 chiều ở đầu ra của thiết bị chỉnh lưu. mx: Số xung áp của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn xuay chiều. Tra bảng B2-1/86 (ĐTCSL) với chỉnh lưu cầu 3 pha Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 86 - mx = 6 , Như vậy Ku = 5,7% đối với chỉnh lưu cầu 3 pha Kr: Hệ số xung ở đầu ra bộ lọc. Giá trị của Kr do you cru của phụ tải quyết định d mr r U U K )1(= U1mr: Biên độ lớn nhất của xung áp sóng cơ bản ở đầu ra bộ lọc. Ud: Điện áp một chiều trên tải. Tra bảng B2-2/87 (ĐTCSL), với tải cảm kháng chỉnh lưu cầu 3 pha (máy biến áp đấu Y/Y) được Kr =2,5 28,2 5,2 7,5 ===⇒ r v sb K KK Giá trị điện cảm của cuộn kháng lọc. 1 .. 1. . 22 −=−= sb dmx dm sb x T kh KIm UK m rL ωω )(01,0128,2. 4,25.50.2.6 220 2 HLKH =−= pi Điện trở cuộn kháng : RKH = 2%.Uđm/Iđm = 0,02.220/25,4 = 0,17(Ω) Tính cuộn kháng: chọn lõi thép cuộn kháng hình chữ E. chiều rộng trục giữa của lõi thép: )(14,44,25.01,0.6,2.6,2 4 24 2 cmILa dKH === . Phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn, ta nên dưa vào các hệ số . m = h/a, n = c/a, k = b/a Trong đó h: Chiều cao của lõi thép c: Chiều rộng của lõi thép d: Chiều dày của lõi thép Theo kinh nghiệp đối với lõi thép hình chữ E thì tốt nhất nên chọn các hệ số có giá trị m = 2,5, n = 0,5, k = 1 ÷ 1,5. Chọn k =1,3 Vậy được h= m.a = 2,5 .4,14 = 10,36 (cm) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 87 - c= n.a = 0,5 .4,14 =2,07(cm) ` b= k.a =1,3.4,14 = 5,38(cm) Tiết diện trụ giữa lõi thép Q = b.a = k.a2 =1,3.4,142 =22,3(cm2) = 22(cm2) l = 2(1+0,5+2,5).4,14 = 33,12(cm) Hệ số phụ để tính số vòng dây của cuộn kháng M = LQ IL d . . 2 = 3 2 10.85,8 12,33.22 4,25.01,0 − = Qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa từ thẩm (µ) và chiều rộng khe hở không khí lõi thép ( khL % ) vào hệ số phụ (M) tra hình II -56/83.(ĐTCSL) được khL % =1,9. Chiều dài khe hở không khí: khL =2.0,05.Lkk%.l = 2. 0,05. 1,9. 33,12= 6,3(cm) Chọn mật độ dòng điện dây dẫn J = 4,5(A/mm) Đường dây quấn cuộn kháng: )(68,2 5,4 4,25 .13,1.13,1 mm J Id d === III.1.5. TÍNH CHỌN R-C BẢO VỆ TIRISTOR TRONG MẠCH ĐỘNH LỰC. Mạch R-C mắc song song vơi Tiristor có tác dụng để bảo vệ quá gia tốc du/dt cho các tiristor khi xảy ra quá độ trong mạch. Bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích khi chuyển mạch gây nên. Nếu điện áp thuận đặt vào các cực A-K của tiristor tăng đột ngột với tốc độ lớn hơn mức điện áp cho phép du/dt, làm cho Tiristor tự động mở mà không cần điều khiển (ig = 0), đây là sự cố không mong muốn, có 2 loại nguyên nhân gây nên quá điện áp: Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 88 - - Nguyên nhân nội tại (xẩy ra trong quá trình chuyển đổi của các van). Đây là sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn. - Nguyên nhân bên ngoài hường xẩy ra rất nhiều như khi đóng cắt không tải 1 máy bién áp trên đường dây, khi có xét đánh.. . Mạch R-C mắc song song với các tiristor có thể tránh được hiện tượng mà không mong muốn nói trên và bảo vệ quá điện áp do nhiều nguyên nhân gay ra . Theo luật đóng mở thì điện áp đột biến tăng sẽ biến thiên liên tục tại thời điểm xây ra quá độ qua tụ C, vì thế mà khi có tốc độ tăng trưởng điện áp lốn vẫn dữ được điện áp trên Anôt của tiritor (so với katot)không bị tăng đột ngột. Theo tài liệu kỹ thuật biến đổi ( đại học kỹ thuật công nghiệp ) ta có : + 2 .       = FUp ILC Trong đó : L = LBA = 9,16.10-5(H) I = ITtb = 8,467(A) Up = 220(V) Ta có : 45,2 220 343 == p a U U Tra đường cong hình 1-74 trang 94 ( Kỹ thuật biến đổi ) => F = 2,5 . Vậy )(1710,2 5,2.220 467,810.16,9 . 85 2 F FUp ILC −− =      =      = Tra ra G = 0,18 + )(4,23 10.17,2 10.16,918,0.22 8 5 Ω=== − − C LGR III.1.6. TÍNH CHỌN MÁY PHÁT TỐC : Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 89 - Máy phát tốc là một thiết bị nối đồng trục với động cơ. Dùng để lấy phản hồi âm tốc độ đây cả quan hệ số γ. Chọn máy phát tốc với các thông số sau. Mã hiệu nH(v/p) UH(V) IH(A) RH(Ω)_ 7 - 100 1500 100 0,08 200 III.1.7.TÍNH CHỌN ÁPTÔMÁT. áptômát (AB) được sử dụng để bảo vệ sự cố ngắn mạch hoặc quá tải có thể sẩy ra trên các đường dây cung cấp điện chọn các bộ biến đổi và các đầu vào của máy biến áp. Ngoài ra áptômát còn được sử dụng như một thiết bị đóng cắt nguồn hco hệ thống: Điều kiện chọn UđmA ≥ Uđm mạng . IđmA ≥ Ilvmax. Imax ≥ Ixk . Từ kết quả tính ở trên ta chọn được áptômát có các thông số kỹ thuật sau: Kiểu Dòng định mức Iđm(A) Điện áp Uđm(V) Dòng điện tác động tức thời (A) Dòng định mức của móc bảo vệ Sự cố A3114/1 60 500 250 25 3 III.1.8.TÍNH CHỌN MÁY BIẾN DÒNG Mã: BG8 Isc : 300(A) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 90 - Itc : 5(A) Dung lượng: 10(VA) Cấp chính xác: 0,5 Trọng lượng: 1,48(kg) III.2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐIỀU KHIỂN: III.2.1.TÍNH CHỌN BIẾN ÁP XUNG (BAX). Yêu cầu đối với BAX là phải tạo được xung theo yêu cầu, cách ly mạch điều khiển và mạch động lực, dễ dàng phân bố xung tới các cực điều khiển của Tiristor. - Chọn tỷ số biến áp của BAX: Thông thường BAX được thiết kế có tỷ số biến áp là n =2÷ 3 vậy chọn n=2. - Tính toán với BAX có n=2. Các xung cần tạo ra có các thông số Ig=0,42 (A), Ug =10 (V), độ rộng xung điều khiển: Tx = 600 (µs) =6.10- 4(s). Mạch từ của BAX chọn vật liệu là ∋330, loại chữ E, có 3 trụ làm việc trên 1 phần của đặc tính từ hóa ∆B=0,7(T). III.2.2.TÍNH CHỌN TRANZITOR TẦNG KHUẾCH ĐẠI CUỐI CÙNG. Tầng khuếch đại xung sử dụng các Tranzitor ngược mắc theo cầu Dalingtor chọn dựa theo thông số của các biến áp xung: u1=20 (v), I1=I2=0,21 (A). Tranzitor Tr1 việc ở chế độ xung, chọn loại pi605 có các thông số kỹ thuật sau. VCE= 40 (v), ICmax = 1,5(A), β =20÷ 40, Pm= 3(w), tmax = 850c Ta chon β =20 ⇒ IB1=IC/β =0,21/20 =0,01(A) =10 (mA). Nên cho dòng IB càng nhỏ thì xung càng ít mất đối xứng chọn thêm tầng khuếch đại trung gian Tr2 làm việc ở chế độ khuếch đại, loại Mpi25 có các thông số kỹ thuật sau. VCE=40 (v), ICmax= 300(mA), β =13÷ 25, chọn Tr2 có hệ số β =15. Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 91 - III.2.3. TÍNH CHỌN MÁY BIẾN ÁP ĐỒNG PHA. Máy biến áp đồng pha (BAĐ) được sử dụng là máy biến áp 3 pha 3 trụ, sơ đồi nối ∆/Y0 đặt vào điện áp lưới xoay chiều 380 (v) phía sơ cấp, phía thứ cấp nối Y0 có điện áp hiệu dụng u2=20 (v). III.2.4. CHỌN CÁC TRANZITOR Ở MẠCH ĐIỀU KHIỂN. ở mạch tạo xung chữ nhật đồng pha khóa khống chế mạch tích phân và Tranzitor mạch sửa xung chọn loại KT201A có các thông số kỹ thuật sau VCE = 20 (v), VVE = 20 (v), Ic = 30 (mA), β = 20 ÷ 60, công suất tiêu tán p = 0,15 (w). III.2.5. CÁC VI MACH KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN TRONG MẠCH TÍCH PHÂN. Tạo điện áp răng cưa và trong mạch so sánh sử dụng loại µA741 có các thông số kỹ thuật như sau . Tụ tạo điện áp răng cưa trong mạch tích phân C =4,7 µF (v). Các thông số kỹ thuật của vi mạch µA741 A0 100 Hệ số khuếch đại điện áp hở mạch Zmin 1MΩ Trở nháy vào Z0 150 Ω Trở nháy ra Ib 200 mA Dòng điện phần cực vào Vminv ± 13 v Điện áp vào cực đại Vminr ± 14 v Điện áp ra cực đại Vc0 2 mvi Điện áp lệch đầu vào Ung ± 0,4 mv Ngưỡng điện áp bão hòa USmax ± 18 v Điện áp nguồn cực đai f0 1MHZ tần số cắt Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 92 - III.2.6 CÁC PHẦN TỬ LOGIC TRONG CÁC MẠCH. Mạch logic gửi xung và mạch phát xung sử dụng phần tử sau. AND: Dùng loại 4081 nguồn nuôi VCC=3 ÷15 (v) NOR: Dùng loại 4001 nguồn nuôi VCC=3 ÷15 (v) OR: Dùng loại 4071 nguồn nuôi VCC=3 ÷15 (v) III.3. TÍNH CHỌN BỘ KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN . III.3.1. TÍNH CHỌN HỆ SỐ KHUẾCH ĐẠI YÊU CẦU . Sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau : Trong đó : Ucđ: Tín hiẹu điện áp đặt tốc độ Ky: Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại trung gian Kpi : Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kd : Hệ số khuếch đại của động cơ KI: Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm dòng điện γ : Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm tốc độ Iư.RΣ : Nhiễu loạn của phụ tải Ing: Tín hiệu dòng điện ngắt Ky Kpi Kd KΙ β RΣ γ ing i¦ nUc® (-) (-) (-) (-) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 93 - Khi chưa có mạch vòng dòng điện tham gia : Từ sơ đồ cấu trúc ta có : ( ) nn K KdRIuKUcd KdKKy KdRIuKdKKyUcd n RIuKKyUcdKKyn Kd n RIuKKynKKyUcd Kd n RIuKKynUcdUd yc ∆−=+ − = + − =⇒ −=+⇒ −−=⇒ −−= ΣΣ Σ Σ Σ .1 ... ...1 ..... ...)..1.( ..... ... γpiγ pi pipiγ piγpi piγ Trong đó : Đặt K = Ky.Kpi.Kd là hệ số yêu cầu của hệ thống Mặt khác ta lại có : ( ) (**) 1 .. (*) 1. . .. 1 1 0 max0 min0 max0 max0max0 max0 min0 minmin0 n KdRIu nnn StD nSt D nStnStn St n n n n n nn n nnSt dm dm dmdm γ+ =−=∆ − ===∆ − =⇒ −= − = − = Σ Từ (*) và (**) ta có :       − − =⇒ − =+⇒ + = − Σ Σ Σ 1 . )1.(... . 1 . )1.(... .1 .1 .. )1.( . Stn StDKdRIuK Stn StDKdRIu K K KdRIu StD nSt dm dm dm γ γ γ * Tính hệ số khuếch đại bộ biến đổi (Kpi). Để tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi (Kpi ) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ ud=f(uđk) sau đó tuyến tính hoá đặc tính này ra đặc tính Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 94 - hệ số góc của đoạn đặc tính đó . Hệ số của đoạn đặc tính cơ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kpi =tgϕ = dk d U U ∆ ∆ Quan hệ Ud=f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud=f(α) và α= f(Uđk) - Xây dựng quan hệ Ud=f(α): coi hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục Ud=Uđ0.cosα Trong đó: )(6,3271402.32.3 20 VUU dmd === pipi Là điện áp chỉnh lưu không tải của bộ biến đổi α là góc điều khiển . Cho α biến thiên từ α =(0÷ pi/2) ta được các trị số Ud lập thành bảng sau: α 0 pi/12 pi/6 pi/4 pi/3 pi/2 Ud 327,6 316,44 283,7 231,65 163,8 0 - Xây dựng quan hệ Uđk=f(α) : Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) thì giá trị góc điều khiển α cũng thay đổi theo.ứng với mỗi (Uđk) khác nhau ta nhận được các giá trị của α . Căn cứ vào đồ thị của Uđk và điện áp tựa Urc,thấy góc α biến đổi theo Uđk với quy luật sau: Uđk = max. .2 rcUpi α Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán thì tín hiệu là Urmax= ±14 nên biên độ cực đại của Urc là Urcmax= ±14 (V) . Cho α thay đổi từ 0 ÷ pi/2 ta có quan hệ Uđk=f(α) như sau : Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 95 - α 0 pi/12 pi/6 pi/4 pi/3 pi/2 Udk 0 2,33 4,67 7 9,3 14 ⇒ Quan hệ Ud=f(Uđk) Ud(v) 327,6 316,44 283,7 231,65 163,8 0 Udk(v) 0 2,33 4,67 7 9,3 14 Từ bảng quan hệ trên ta xây dựng được đường đặc tính thể hiện mối quan hệ Ud=f(Uđk) như sau : Tuyến tính hoá đoạn đặc tính đoạn đặc tính . Từ đặc tính trên ta có : 26,20 14 7.283 == ∆ ∆ = Udk UdKpi  Tính Kd : U®k Ud 327,6 316,44 283,7 231,65 163,8 2,33 4,67 7 9,3 140 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 96 - dmdm dm IRU n Kd Σ− = Trong đó : CKTBAu RRRRR +++=Σ Với )(025,0 5,59 75,0.2.2 Ω==∆= dm T T I UR )(999,017,002313,00108,0795,0 Ω=+++=+++=Σ CKTBAu RRRRR Vậy 7,7 4,25.999,0220 1500 = − = − = Σ dmdm dm IRU nKd  Hệ số truyền của máy phát tốc . Chọn điện áp phản hồi khi tốc độ định mức là 12(v) Vậy 008,0 1500 1212 ==⇒= γγ dmn Vậy hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại yêu cầu là : 15143 07,0.1500 )07,01.(70.7,7.999,0.4,25 008,0 11 . )1.(... . 1 =       − =      − − =⇒ Σ Stn StDKdRIuK dmγ  Hệ số bộ khuếch đại trung gian là : 1,97 7,7.26,20 15143 . .. ===⇒= KdK KKyKdKKyK pi pi Chọn Ky = 98 Để thực hiện mạch khuyếch đại này ta sử dụng KĐTT µA741 với các thông số đã cho trong phần trước kết hợp các điện trở chức năng . Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 97 - PHẦN IV: XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG TĨNH Truyền động điện cũng như bất kỳ hệ thống nào khác có thể ổn định hoặc không ổn định. Một hệ thống ổn định nếu khi trạng thái cân bằng của nó bị phá vỡ, hệ thống sẽ trải qua một quá trình quá độ nhất định rồi đạt tới trị số nhất định mới(xac lập). Ngược lại, khi hệ thống không ổn định thì sau khi trạng thái cân bằng của nó bị phá vỡ thì các đại lượng của nó sẽ tăng vô hạn hoặc giảm về không mà không thể lặp lại được trạng thái cân bằng mới. Đối với hệ thống TĐĐ người ta chia làm hai khái niệm là ổn định tĩnh và ổn định động. IV.1. KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG: IV.1.1. KHÁI NIỆM CHUNG: Khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống được tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cững 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. Việc khảo sát chễ độ tĩnh của hệ thống được thực hiện thông qua việc xây dựng đặc tĩnh của hệ thống. Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 98 - 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 suất quá trình làm việc. IV.1.2. XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau : Trong đó : Ucđ: Tín hiẹu điện áp đặt tốc độ Ky: Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại trung gian Kpi : Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kd : Hệ số khuếch đại của động cơ Ky Kpi Kd KΙ β RΣ γ ing i¦ nUc® (-) (-) (-) (-) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 99 - KI: Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm dòng điện γ : Hệ số khuếch đại của khâu phản hồi âm tốc độ Iư.RΣ : Nhiễu loạn của phụ tải Ing: Tín hiệu dòng điện ngắt IV.1.2.1. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CAO NHẤT: Ta biết rằng tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ bền cơ học của phần 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 =1500 (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. A. XÂY DỰNG ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ NHẤT: Đây là đoạn làm việc ổn định của hệ thống.Trong đoạn này chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tác động Phương trình đặc tính: K kRIKu n ducd .1 ... γ+ − = Σ (I) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 100 - ⇒ K kRIKn u ducd ..).1( Σ++ = γ Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được. )(11,12 15143 7,7.999,0.4,25)15143.008,01(1500 max vucd = ++ = + Tốc độ không tải lý tưởng (điển ứng với giá trị Iư = 0) )/(1502 15143.008,01 15143.11,12 .1 . 01 pvK Ku n cd = + = + = γ +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 ≥ Idm.1,2) thì phải tiến hành hạn chế sự tăn của dòng điện. Vậy đặt Ing=1,2Iđm = 1,2.25,4 = 30,48 (A). Thay Iư =Ing vào biểu thức (I)ta xác định tốc độ nng. )/(4,1499 15143.008,01 7,7.999,0.48,3015143.11,12 pvnng =+ − = Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm A(0 ; 1502) B(25,4 ; 1500) C(30,48 ; 1499,4 ) B. XÂY DỰNG ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ HAI: Trong đoạn này Iư > Ing nên có hai vòng phản hồi cùng tác động. Phương trình đặc tính . Từ sơ đồ cấu trúc hệ thống ta có . ( ) [ ]{ } ( )[ ] [ ] K KdKKRIIKKKU n RIIIKKKKUKK K n RI K nKIIKKnuUd IungIcd uungIycdy d u d ungIycd .1 )..(.... ...)..1( ..).(.. γ ββ βγ βγ pipi pipipi pi + −+− =⇒ −−−=+⇒ +=−−−= Σ Σ Σ Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 101 - Đoạn đặc tính thứ hai này đi qua 2 điểm đầu điểm C . Ta cần xác định thêm một điểm nữa . Ta có : Ing = (1,2 ÷ 1,5)Iđm . Chọn Ing = 1,2Iđm = 1,2.25,4=30,48(A) Id = (2,2 ÷ 2,5)Iđm . Chọn Id = 2,5.Iđm= 2,5.25,4 =63,5 (A) Ubh = Ucc-(1 ÷ 1,5) = 15 – 1 =14(V) (ucđ-γnbh). ky = ubh ⇒ nbh = )/(1496008,0 1,97 1411,12 pv k u u y bh cd = − = − γ Để xác định dòng điện tại vị trí bão hoà (Ibh) ta xác định hệ số phản hồi dòng điện như sau: Uđkbh = Ucđmax - γ . nbh = 12,11 - 0.008.1496 = 0,142 (V) 59,98 142,0 14 === dkbh bh U UKω 99,0 59,98 1,97 === ωK KyK I n = [ubh - kI β(Iư -Ing )]. kpi .kd - Iư .RΣ . kd Tại điểm dừng: n = 0, Iư = Id ta được 0 = n = [ubh - kI β(Iư -Ing )]. kpi .kd - Iư .RΣ . kd 326,0)48,305,63(99,0 14 26,20 999,0.5,63 )( . = − − −= − − −= Σ ngdI bh d IIK U K RI piβ Tại điểm D: Iư = Ibh ta được nbh = [Ubh - kI β(Ibh -Ing )]. kpi .kd - Iư .RΣ . kd [ ] ( ) )(29,387,7326,0.26,20.99,0999,0 14967,7.26,2048,30.326,0.99,014 )...( .]..[ A KKKR nKKIKU I dI bhdngIbh bh = + −+ = + −+ =⇔ Σ β β pi pi Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm: Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 102 - C(30,48 ; 1499,4) D(38,29; 1490) C.XÂY DỰNG ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ BA: Lúc này tốc độ của động cơ đã đạt 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 Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm : Điểm thứ nhất là điểm cuối của đoạn đặc tính thứ hai . D(38,26; 1490) Điểm thứ hai ứng với điểm làm cho hệ thống dừng làm việc . E(63,5 ; 0) V.1.2.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH THẤP NHẤT: Đường đặc tính thấp nhất là đường giới hạn dưới trong phạm vi điều chỉnh D = 30 A.XÂY DỰNG ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ NHẤT: Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất: K KRIKnU ddmdmcd ..).1(min min Σ++ = γ )/(22 70 1500max min phvD n n dmdm ≈== )(19,0 15143 7,7.999,0.4,25)15143.008,01(22 min VU cd = ++ = Tốc độ không tải lý tưởng: )/(6,23 15143.008,01 15143.19,0 .1 .min min0 pvK KU n cd = + = + = γ Điểm cuối cùng của đoạn đặc tính này C ' (IC', nC'). Ta có trị số dòng điện ngắt (Ing) là không đổi với mọi đường đặc tính vậy IC'=Ing = 30,48(A) Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 103 - )/(63,26 15143.008,01 7,7.999,0.48,3015143.19,0 .1 ...min ' pv Kd KRIKU n dngcd B =+ − = + ∑ − = γ Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm A'(0 ; 23,6) B’(25,4 ; 22 ) C'(30,48 ; 26,63) B. XÂY XỰNG ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ HAI: Theo các phần tử ở trên phần trước ta có. + Tốc độ bão hoà. nbh = )/(13008,0 42 144378,0 pv k u u y bh cd = − = − γ + Dòng điện. [ ] ( ) )(27,637,7326,0.26,20.01,1999,0 137,7.26,2048,30.326,0.01,114 )...( .]..[ A KKKR nKKIKU I dI bhdngIbh bh = + −+ = + −+ =⇔ Σ β β pi pi Đoạn đặc tính thứ hai của đường đặc tính thấp nhất này đi qua hai điểm đầu và cuối. C'(30,48 ; 49,3) D'(63,27; 13) C. ĐOẠN ĐẶC TÍNH THỨ BA. Đoạn đặc tính thứ 3 đi qua hai điểm là điểm D'(63,27; 13) và điểm dừng E’ ≡ E(63,5 ; 0) Đặc tính cơ của hệ thống như sau : Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 104 - Kiểm tra chất lượng tĩnh : [ ] 07,00689,0 7,53 507,53 min0 minmin0 =<= − = − = t dm t S n nnS Vậy hệ thống thiết kế đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng tĩnh . 0 n0max=1503,6 I n e'd' c'b'a' e d cba IdIbhIngI®m n0max=53,7 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 105 - PHẦN V : THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VI1- NGUYÊN LÝ KHỞI ĐỘNG. Đóng áp tô mát cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện (mạch kích từ, máy biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển. Khi đó mạch tạo xung điều khiển tạo ra các xung điều khiển. Để điều khiển các xung này,chúng được đưa tới mạch phát xung để điều khiển mở các thyristor thông qua máy biến áp xung. Để tạo ra các xung điều khiển, ta phải tạo ra tín hiệu điều khiển Uđk nhờ mạch khuếch đại trung gian và tín hiệu này được so sánh với điện áp răng cưa. Do mạch khuếch đại trung gian tạo ra tín hiệu Uđk nên nó điều khiển được góc mở α của bộ chỉnh lưu . Khi khởi động dòng khởi động rất lớn nên mạch vòng dòng điện tham gia vào để tự động hạn chế dòng điện đồng thời mạch vòng phản hồi âm tốc độ bị bão hoà do UVIC3 = -Ucđ + γn rất âm ( do n nhỏ ) , động cơ được khởi độngtrên đoạn đặc tính thứ 3 , tốc độ tăng dần đến điểm D thì mạch vòng tốc độ tham gia vào để tăng độ cứng đặc tính cơ , động cơ được khởi động trên đoạn đặc tính DC , đến điểm C ( ứng với Ing) mạch vòng dòng điện không Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 106 - tham gia nữa ( D khoá do Iư giảm nhỏ hơn Ing ) và chỉ còn mạch vòng tốc độ , động cơ được khởi động trên đoạn đặc tính cơ tự nhiên và tiến tới làm việc xác lập tại điểm ứng với tải định mức . V.1- NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ . Với giả thiết động cơ đang làm việc ở vùng khâu ngắt không tác động, lúc này ta thay đổi điện áp trên biến trở WR làm cho Ucđ thay đổi làm cho góc α thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi. UVIC3 = -Ucđ + γn Khi thay đổi Ucđ sẽ thay đổi được góc mở α => Ud thay đổi và tốc độ cũng thay đổi theo . Ví dụ muốn tăng tốc độ ta tăng Ucđ : UVIC3 sẽ âm nhiều lên => URIC3 sẽ dương nhiều lên => URIC5 sẽ âm nhiều lên , Tr mở nhiều dẫn đến Uđk giảm nhỏ tức là góc α giảm nhỏ => Ud tăng lên và tốc độ tăng theo. Quá trinh giảm tốc cũng xảy ra tương tự khi ta giảm Ucđ sẽ làm cho góc α tăng lên và tốc độ giảm xuống. V.3- NGUYÊN LÝ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ. Giả sử ở chiều quay động cơ đang làm việc ở một tốc độ quay nhất định, ứng với giá trị điện áp đặt tốc độ nào đó. Nếu vì một lý do nào đó tốc độ động cơ tăng nghĩa là γn tăng làm cho Uđk tăng do đó làm cho góc mở α tăng và điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm để động cơ trở về giá trị ban đầu. Nếu vì một lý do nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì tương tự như trên γn sẽ giảm làm cho điện áp Uđk giảm tạo ra góc α giảm, điện áp phần ứng động cơ tăng làm cho tốc độ động cơ trở về giá trị ban đầu. Ví Dụ : khi tốc độ động cơ tăng , thì γn tăng lên => UVIC3 = -Ucđ + γn sẽ bớt âm đi , URIC3 bớt dương => URIC5 bớt âm và Tr mở ít đi , Uđk tăng lên , góc α tăng lên dẫn đến Ud giảm nhỏ và tốc độ động cơ cũng giảm theo cho phù hợp lượng đặt ban đầu . V.4- NGUYÊN LÝ ỔN ĐỊNH QUÁ TẢI . Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 107 - - Khi Iư < Ing thì tín hiệu phải hồi âm dòng chưa tác dụng vì điện áp đầu vào IC4 âm nên tín hiệu ra IC4 dương nên dòng qua D bị chặn nên D khoá khi đó điện áp điều khiển chỉ phụ thuộc vào tín hiệu phản hồi âm tốc độ γn . - Khi Iư > Ing do Iư tăng dần đến đầu vào IC4 dương nên tín hiệu ra IC4 âm vì vậy D mở và khâu hạn chế dòng điện tham gian vào và khi này ta có: URIC5 = K2.[(Ucđ - γn).K1 - β .( Iư – Ing)] Làm cho URIC5bớt âm => Tr mở ít đi . –Uđk tăng lên => góc ỏ tăng , Ud giảm xuống làm giảm độ cứng đặc tính cơ . nếu dòng điện phần ứng tăng quá lớn sẽ dẫn đến độ cứng đặc tính cơ rất dốc và hệ thống dừng làm việc V.5 : NGUYÊN LÝ HÃM DỪNG HỆ THỐNG. Khi muốn dừng hệ thống ta ấn nút dừng , cắt toàn bộ hệ thống ra khỏi nguồn cung cấp đồng thời đưa điện trở hãm vào động cơ thực hiện hãm động năng , toàn bộ năng lượng được tích luỹ trên động cơ sẽ giải phóng qua Rh , tốc độ giảm dần , khi tốc độ gần giảm về 0 ta cắt Rh ra để động cơ hãm tự do . Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 108 - TÀI LIỆU THAM KHẢO STT TÊN TÁC GIẢ TÊN SÁCH NXB 1 Bùi Quốc Khánh Nguyễn Văn Liễn Nguyễn Thị Hiền Truyền Động Điện KH - GD 2 Võ Quang Lạp Trần Xuân Minh Kỹ Thuật biến đổi ĐHKTCN 3 Trần Bá Thời (CB) Võ Quang Lạp(Dịch) Trần Thọ (Dịch) Cơ Sở Điều Khiển Tự Động Truyền Động Điện KH – KT 4 Nguyễn Bính Điện Tử Công Suất KH – KT 5 Đỗ Xuân Thụ Kỹ Thuật Điện Tử GD Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
 Svtk: Phạm Đức Dương Trường đại học kỹ thuật công nghiệp - 109 -