Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện phần iii tính chọn thiết bị Đ3-1: mục đích và ý nghĩa Trong hệ thống truyền động việc chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng, mục đích của nó là làm giảm vốn đầu t, kích thớc hệ thống mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Trong đó việc chọn động cơ có ý nghĩa rất quan trọng: Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn công suất yêu cầu thì động cơ luôn phải làm việc quá tải, cách điện trong động cơ sẽ bị hoá già nhanh do nhiệt dẫn đến tuổi thọ động cơ kém. Lớp K35IA 53 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Nếu chọn động cơ có công suất quá lớn sẽ làm tăng vốn đầu t, diện tích lắp đặt, động cơ luôn làm việc non tải, hiệu suất thấp làm giảm hệ số cos của hệ thống, ảnh hởng đến chất lợng điện năng. Do đó ta phải chọn thiết bị sao cho hợp lý nhất, đảm bảo đợc chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế. Đ3-2: chọn thiết bị mạch động lực 1. Chọn công suất động cơ Dựa vào yêu cầu của máy mài vạn năng ta chọn động cơ truyền động có các thông số sau: Mã P đm U đm I đm n đm L R GD 2 hiệu KW V A v/ph H kgm 2 -21 1,5 220 9 3000 0,0464 12,06 0,045 2. Chọn máy biến áp Chọn máy biến áp nhằm tạo ra điện áp thích hợp và số pha cần thiết, cách ly tải với lới điện, hạn chế dòng ngăn mạch, giảm gia tốc tăng của các van. ở đây ta chọn máy biến áp ba pha có tổ đầu dây /y-1. a- Điện áp thứ cấp máy biến áp. Theo công thức kinh nghiệm ta có: U 2fa = k a .k .k v . k i .U đm (3-1). Lớp K35IA 54 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Trong đó: -U đm : Điện áp định mức của động cơ. U đm = 220(V). - k u = 1,1 hệ số dự trữ xét tới sụt áp của lới điện (k u =1,1ữ1,5). - k : Hệ số kể tới khả năng mở không hết của các van khi điện áp điều khiển cực đại. Thờng thì k =1,1. - k v : Hệ số dự trữ xét tới sự sụt áp trên điện trở của máy biến áp và sụt áp khi chuyển mạch. Lấy k v = 1,05. - k i : Hệ số sơ đồ chỉnh lu, với sơ đồ tia ba pha k i = 0,855. U 2fa = 1,1.1,1.1,05.0,855.220 = 239,13(V). Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp: Trong đó: k i = I 2 /I d = 0,855 là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lu. I 2fa = k i .I đm = 0,855.9 = 7,695 (A). Chọn mật độ dòng trong dây dẫn thứ cấp MBA: J 2 = 2,5 A/mm 2 . Tiết diện dây dẫn thứ cấp là: S 2 = == 5,2 695,7 J I 2 fa2 3,76 mm 2 . b. Trị hiệu dụng của dòng điện pha sơ cấp MBA: I 1fa = k i .I đm .n ba . n ba = dmfa1 fa2 U U : Hệ số biến áp. I 1fa = 0,855.9. 380 13,239 = 5,751(A) Khi J 1 = 2,5 A/mm 2 S 1 = J I fa1 = 3,2 5,2 751,5 = c. Công suất MBA: S tt = k .k s .k u .k v .U 1đm .I đm .10 -3 (KVA). k s : hệ số dự trữ công suất lấy bằng 1,2. S tt = 1,1.1,2.1,15.1,05.220.9.10 -3 = 3,0056 (KVA). Chọn S tt = 3 (KVA). Vậy ta chọn MBA có các thông số sau: U 1đm U 2đm I 1đm I 2đm S U k V V A A KVA % 380 240 5,751 7,695 3 30 3. Chọn Thyristor Thyristor là phần tử biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều. Việc chọn Thyristor phải thoả mãn: Lớp K35IA 55 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện - Dòng trung bình qua van lúc mở máy. - Điện áp ngợc đặt lên van. Vì Thyristor là phần tử bán dẫn nên khả năng quá tải kém, nó bị hạn chế bởi sự đốt nóng tiếp giáp p - n. Vậy điều kiện chọn van là: I Tđm I tbđm . U ngmax U tngmax . I tbđm = k dt . I m dm . m = 3: số pha. k dt = 2,5: Hệ số dự trữ kể đến lúc mở máy động cơ. I tbđm = 3 9.5,2 = 7,5 (A). U ngmax = 6 .U 2 = 6 .240 = 587,877 (V). Ta chọn Thyristor do Liên xô cũ chế tạo có các thông số sau [ ]. Mã I tb U im U t off I g U g di/dt du/dt hiệu A KV V às A V A/às V/às T 25 25 1 1 70 0,3 5 10 20 4. Chọn cuộn kháng san bằng Do mạch động lực ta dùng sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha nên dạng dòng và áp ra có tính đập mạch cao, do đó để san phẳng điện áp đập mạch ta dùng cuộn kháng san bằng vừa để lọc vừa để làm phần tử duy trì dòng điện khi van dẫn gián đoạn ở vùng điều chỉnh sâu tốc độ. Điện kháng ứng với sóng hài bậc 1 là: x 1 = .L 1 . ở đây ta bỏ qua điện trở cuộn kháng vì nó << 1. Cuộn kháng đợc chọn theo dòng làm việc max của động cơ: L = 0 12 I m U2 = L + L ck . Trong đó U 12 là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lu, nó đợc xác định theo biểu thức: U 12 = 1 + + 2/ 2/ (U 2 cost + cost)dt. Lấy = 180 0 ta có: U 12 = 1 (-239sint 2/3 2/ - sint 2/3 2/ ) = 153,4 (V). Lớp K35IA 56 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện I 0 : Dòng không tải: I 0 = 5%I đm = 0,05.9 = 0.45 (A). m = 3. Số pha mạch chỉnh lu. = 2f = 314 rad/s: Tỗn số sóng hài cơ bản. L = 2 153 4 3 0 45 314 0 51186 . , . , . ,= (H). Cuộn dây phần ứng động cơ có điện cảm là: L = 0,0464 (H). L ck = L - L = 0,512 - 0,0464 = 0,4059 (H). 5. Chọn Diod D 0 Diod D 0 mắc song song với phần ứng động cơ và cuộn kháng san bằng nhằm đảm bảo thu nhỏ triệt để vùng dòng gián đoạn. Nh vậy điều kiện chọn phải là: I đmD0 I D0 I đm . U ngD0 U raBBĐ .k dt U ngmaxD0 .k dt . Với k dt là hệ số dự trữ: K dt = 1,2. U ngmaxD0 = 2 U 2 .k dt = 2 .240.1,2 = 407,3 (V). I D0 = I.k dt = 9.1,2 = 10,8 (A). Theo quyển [ ] ta chọn D 0 có các thông số sau: Mã hiệu I đm U đm U ngmax I ngmax A V V A D 0 - 2A3 30 220 600 3 6. Chọn R - C bảo vệ quá áp cho Thyristor Trong quá trình làm việc, do chế độ làm việc của Tiristor là chỉnh lu (biến đổi điện áp), nên khi chuyển đổi từ chế độ khoá - mở - khoá thì trên Tiristor th- ờng có sự gia tăng đột ngột của dòng và áp, ngời ta gọi đó là gia tốc dòng và áp di/dt, du/dt. Để đảm bảo cho các van làm việc an toàn thì ta mắc song song với T một mạch R - C nối tiếp, khi đó biến thiên dòng và áp trên van thong qua tụ C sẽ đợc giảm nhỏ đi về biên độ. Mặt khác, mạch R - C còn có tác dụng rã mạch dòng ngợc và tiêu tán trên điện trở R. Giá trị của R và C đợc xác định theo công thức kinh nghiệm: C = [ ] [ ] Tdm ng ng 0T 3 I U10 R);F( U I10 = (). Trong đó: - I T0 là dòng qua van trớc khi xảy ra chuyển đổi. I T0 = I tb =7,5 (A). - I Tđm =25 (A) là dòng định mức van. - U ng = 1000 (V): Điện áp ngợc cho phép của van. Hằng số thời gian điện từ: Lớp K35IA 57 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện T = R.C = [ ] [ ] 20 25 5,7.100 I I.100 I U10 . U I10 Tdm 0T Tdm ng ng 0T 3 === (s). Vậy: C = 7,5.10 -3 /1000 = 7,5.10 -6 = 7,5 (àF). R = 1000.10/25 = 400 (). Ta có: z 2 = R 2 + (1/c) 2 = 400 2 + (1/314.7,5.10 -6 ) 2 = 583,4 (). Dòng rẽ qua mạch nhánh: I = .401,0 4,583 240 z U 2 == (A). Điện trở có công suất là: P = I 2 .R = 72,3 (W). 7. Chọn điện trở hãm Muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi nguồn điện một chiều, đồng thời đóng thêm điện trở hãm vào nối kín mạch phần ứng động cơ. Tại thời điểm ban đầu khi đóng cắt, do quán tính cơ nên tốc độ động cơ vẫn cha kịp thay đổi: = hbđ . nên: E hbđ = K. hbđ = E đ = -U đm . I hbđ = - hh dm h hbd R06,2 220 RR U RR E + = + = + . = - ( ) ( ) K RRI K RRI h hbdh + = + . Khi = const thì đặc tính cơ rất cứng khi R h nhỏ do M h = I hbđ .K. R h nhỏ I hbđ lớn M h lớn t h nhỏ hãm nhanh. Khi R h lớn I hbđ lớn M h nhỏ t h lớn hãm lâu. Về mặt kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho động cơ thì ngời ta thờng chọn R h sao cho I hbđ nằm trong giá trị cho phép: I hbđ = (2 ữ 2,5)I đm . 220 2 06 2 2 2 2 9 19 8 , , , . , + = = = R I h dm (A). R h = 220 40 788 19 8 9 362 = , , , ). Lớp K35IA 58 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Chọn R h = 9(). Khi đó: P = I h 2 .R h = (19,8) 2 .9 = 3528,36(W). Vậy ta chọn R h có thông số: R h = 9(). P = 3,53 (KW). 8. Tính toán thông số mạch phần ứng động cơ. * Điện trở mạch phần ứng: R = .(R + R tx ). : hệ số quy đổi trong điều kiện làm việc 25 0 ữ 75 0 C. Thờng = 1,2. R = 12,06 (). R tx = U tx /I đm = 2/9 = 0,222 (). R tx : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp điện. R = 1,2.(12,06 + 0,222) = 14,7384 (). L = 0,512 (H). * Hằng số thời gian điện từ: T = L /R = 0,512/14,7384 = 0,03473 (s). * Hệ số cấu tạo động cơ (Hệ số khuyếch đại): k Đ = 1/k e . k e = 02912,0 3000 9.7384,14220 n R.IU dm dm dm = = (V/vòng) k Đ =1/0,02912 = 34,343 (vòng/vol). * Hằng số thời gian động cơ (T M ): T M = eM 2 k.k.375 R.GD . Với k M = 9,55k e . T M = 2184,0 )02912,0.(55,9.375 7384,14.045,0 )k.(55,9.375 R.GD 22 e 2 == (s). 9. Bảo vệ quá dòng cho mạch động lực Trong quá trình làm việc trị số dòng tải khi bị quá tải lớn sẽ gây ảnh hởng xấu đến các thiết bị. Để khắc phục tình trạng này ta trang bị mạch bảo vệ, ở đây ta sử dụng Aptômát. Điều kiện chọn: - U ATđm U lới . Lớp K35IA 59 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện - I ATđm k pt .k i .k dt .I đm . k qt = 1,1 ữ 1,2: Hệ số quá tải cho phép. k i = 0,85: Hệ số sơ đồ. k dt =1,2: Hệ số dự trữ Tranzitor. Dòng thứ cấp chuyển về sơ cấp: I 1đm = I 2đm .W 2 /W 1 = I 2đm = 9 (A). I ATđm 1,2.0,855.1,2.9 = 11,0875 (A). U ATđm 220. 2 = 311,12 (V). Theo bảng tra áptômát trong thiết kế CCĐ ta chọn áptômát có thông số nh bảng sau: Kiểu I đm G.hạn Cơ cấu ngắt mạch đ chỉnh T.gian tác động Dòng tác động nhanh A I đmcđ (t đ ) với tải là k.I đm. . khi áp là xoay chiều A-50- 1,1 1,3 6 50 V 200V 400V 2M-2TQ 16 10ữ16 1 h 30' 1ữ10" 110 125 150 10. Chọn khởi động từ Điều kiện chọn: Số pha bằng số tiếp điểm chính của mạch động lực (ba tiếp điểm mạch động lực, một tiếp điểm thờng kín để đóng điện trở hãm). I KĐT = I tt2 = I 2 .k dt = 7,695.2,5 = 19,2375 (A). U KĐT U lới = 220. 2 = 311,12 (V). Tra bảng 4-6 tr 140 - SD-SCKCĐHT để chọn khởi động từ. 11. Chọn cầu dao Cầu dao trong mạch có nhiệm vụ cách ly mạch động lực khỏi lới điện để giúp việc sửa chữa, thay thế những h hỏng đợc an toàn tuyệt đối. Điều kiện chọn. - U đmCD U đmlới . - I đmCD I lvmax = I đm .k dt . U đmCD 380 (V). I đmCD 9.1,2 = 10,8 (A). Lớp K35IA 60 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện Đ3-3: chọn thiết bị mạch điều khiển 1. Chọn máy phát tốc Chọn máy FT so cho có R nhỏ, hệ số khuyếch đại lớn. Dựa vào yêu cầu của hệ thống và hệ số phản hồi để bố trí máy FT. ở đây máy FT đợc nối trục với trục động cơ có tỷ số truyền i = 1/2. Ta chọn máy FT có các thông số nh sau (bảng tra do bộ môn trang bị điện - tự động hoá cung cấp): Mã P đm U đm I đm n đm R hiệu W V A v/ph T32 / IBY4 115 230 0,5 1500 7,34 Hệ số khuyếch đại của máy FT: Ta có: 1 = 006,0 1500 9 n U U U . n U dmFT raFT FT ra dmFT FT === . Do máy FT đợc nối trục với động cơ qua một bộ truyền có tỷ số truyền i nên hệ số khuyếch đại của máy FT là: = .003,0 3000 1500.006,0 n. ni dmFT Đ 11 === 2. Chọn bộ khuyếch đại trung gian Để tính đợc hệ số khuếch đại của bộ biến đổi ta xây dựng quan hệ Lớp K35IA 61 Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện U d = f(). Quan hệ này đợc xuất phát từ các quan hệ: U d = f() = f(u đk ) U d = f(u đk ). * Xâydựng đặc tính U d = f( ). Ta có: U d = 67,279cos 2 U63 2 = .cos (V). Khi cho = 0 ữ /2 ta có các giá trị sau: 0 /12 /6 /4 /3 5/12 /2 Cos 1 0,966 0,86 0,71 0,5 0,25 0 U d 279,67 270,16 240,5 198,57 139,8 69,92 0 * Xây dựng đặc tính quan hệ U d = f(u đk ) Thực chất U d u đk nên ứng với mỗi giá trị của u đk ta có những thời điểm mở van khác nhau. Theo nguyên lý điều khiển pha đứng cho ta quan hệ giữa u đk và nh sau: = maxRC dk maxra dk U u. U u. = . Thờng chọn u đkmax = U ramax = 80%U cc = 0,8.15 = 12 (V). Khi đó ứng với góc = 180 0 thì: u đkmax = U RCmax = 12(V). Do đó: = maxRC dk U u. . u đk = maxRC U. . Ta có bảng sau: (rad) 0 /12 /6 /4 /3 5/12 /2 U đk (V) 0 1 2 3 4 5 6 U d (V) 297,67 270,16 240,5 198,57 139,8 69,92 0 Quan hệ U d = f(U đk ) cho trên hình vẽ: Lớp K35IA 62 [...]... này độ sụt tốc độ và hệ số khuyếch đại phải đạt giá trị max Ta có: n = St.n0min = St.n0max/D = S t n dm (1 S t ).D (*) Với n0min, n0max: Tốc độ không tải lý tởng của động cơ ở đờng đặc tính cơ thấp nhất và cao nhất St 5%: Sai số tĩnh cho phép, lấy St = 5% D = 10/1: Dải điều chỉnh Mặt khác từ PT đặc tính ta có: n = n1 = R I KĐ 1 + n (**) Cân bằng hai phơng trình (*) và (**) ta đợc: Lớp K35IA 63 Đồ . chọn thiết bị sao cho hợp lý nhất, đảm bảo đợc chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế. Đ3-2: chọn thiết bị mạch động lực 1. Chọn công suất động cơ Dựa vào yêu cầu của máy mài vạn năng ta chọn động cơ truyền. Đ3-3: chọn thiết bị mạch điều khiển 1. Chọn máy phát tốc Chọn máy FT so cho có R nhỏ, hệ số khuyếch đại lớn. Dựa vào yêu cầu của hệ thống và hệ số phản hồi để bố trí máy FT. ở đây máy FT đợc. đại của máy FT: Ta có: 1 = 006,0 1500 9 n U U U . n U dmFT raFT FT ra dmFT FT === . Do máy FT đợc nối trục với động cơ qua một bộ truyền có tỷ số truyền i nên hệ số khuyếch đại của máy FT là: