LỜI NÓI ĐẦU Trong công xây dựng phát triển đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - đại hoá với thành tựu đạt khó khăn thách thức đặt Ngày với phát triển mạnh khoa học, đặc biệt nghành điện tử công suất có vai trò quan trọng hầu hết lĩnh vực sản xuất công nhiệp đời sống hàng ngày Các thiết bị Điện tử công suất tham gia hầu hết trình, sản xuất điện đến truyền tải, phân phối tiêu thụ điện Điện tử công suất góp phần điều khiển trình biến đổi lượng từ điện sang điện, từ điện sang cơ, từ sang điện, từ điện sang lượng khác, nhờ mà trình hay hệ thống thiết bị hoạt động cách hiệu Vì tính thực tiễn cao nên em giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “Thiết kế hệ thống truyền động van - động chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay” Bản đồ án bao gồm phần: Chương I Phân tích, lựa chọn phương án truyền động điện Chương II Chọn phân tích mạch động lực Chương III Chọn phân tích mạch điều khiển Chương IV Chọn thiết bị Chương V Xây dựng đặc tính tĩnh Chương VI Thuyết minh sơ đồ nguyên lý Sau thời gian liên tục hướng dẫn tận tình cô giáo hướng dẫn thầy cô môn, giúp đỡ bạn bè lớp Đến đồ án em hoàn thành Qua đồ án em muốn gởi lời cảm ơn đến thầy cô môn tần tình hướng đẫn để em hoàn thành đồ án Đồng thời em muốn gởi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo Nguyễn Hải Bình người đề tài hướng dẫn em suốt thời gian qua Mặc dù hướng dẫn bảo thầy cô cố gắng thân Xong kiến thức hạn hẹp, điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều Nên đồ án không tránh thiếu sót định Em mong tiếp tục bảo thầy cô góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên LÊ VĂN CƯỜNG Chương I PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG  Truyền động điện hình thức tiêu thụ điện chủ yếu ngành sản suất đặc biệt nguồn động lực dùng công nghiệp Nó phương tiện chủ yếu để giải phóng sức lao động cho người công nhân  Giá thành điện rẻ nhiều loại lượng khác nên cho phép giảm giá thành máy dùng truyền đông điện Thông thường tiền tiêu hao lượng chiếm khoảng 3-8% tổng số chi phí dùng để chế tạo sản phẩm  Truyền động điện có ưu điểm tuyệt đối khả tự động hoá Do máy dùng truyền động điện phần lớn máy tự động bán tự động Những máy công suất cao, thao tác dễ, nhẹ chất lượng xác …  Ngoài truyền động điện có ưu điểm tính linh hoạt việc phân phối lượng, truyền đạt lượng theo hai chiều nguồn tải, độ tin cậy cao …  Việc chọn phương án truyền động phù hợp với yêu cầu công nghệ quan trọng giảm chi phí lắp đặt, suất cao, tổn hao lượng … Ngoài viêc chọn phương án truyền động phù hợp tạo sản phẩm có chất lượng cao, giải phóng sức lao động, giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng… Qua phân tích ta thấy việc lựa chọn phương án truyền đông điện hợp lý khâu quan trọng việc thiết kế hệ thống truyền động điện 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI ĐỘNG CƠ Động điện gồm loại chủ yếu là: * Động xoay chiều: + Động Đồng + Đông không Đồng * Động chiều: + Động chiều kích từ độc lập + Đông chiều kích từ song song + Động chiều kích từ nối tiếp Chọn động chấp hành hệ thống 1.2.1 Động điện xoay chiều(AC) 10 Do điện áp đầu KĐTT điện áp cưa nên có điện trở nhỏ Vì dạng điện áp không phụ thuộc tải mắc đầu mạch phát sóng cưa Với sơ đồ tụ C có dung lượng nhỏ (thường chọn 220 nF) Vì chọn tụ dễ dàng Mặt khác tụ phóng nhanh nên an toàn cho Tr điện áp gần dạng cưa lý tưởng Sơ đồ dùng D_R_C Tranzitor Hình 3.6 Sơ đồ dùng D_R_C Tranzitor Giới thiệu sơ đồ: +BAĐ: biến áp đồng để tạo tín hiệu đồng hóa +Đ : điot, Tr : Tranzitor, ,, , biến trở WR, tụ điện C phần tử mạch điện áp cưa + : Điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu + : Điện áp đồng + : Điện áp nguồn chiều cung cấp cho sơ đồ tạo sóng cưa + : Điện áp đầu -Nguyên lý làm việc Ta giả thiết t = = bắt đầu chuyển sang chu kỳ dương, t = điện áp tụ = Vậy sau thời điểm t = > ( điểm a dương o ) D đặt điện áp thuận, D mở dẫn đến có dòng từ cuộn thứ cấp BAĐ qua D Nếu bỏ qua sụt áp nhỏ BAĐ D điện áp toàn sđđ thứ cấp BAĐ tứ sụt áp dương đặt lên cực phát Tr âm đặt vào cực gốc Tr Tr bị khóa => tụ C nạp từ nguồn chiều cung cấp cho sơ đồ có giá trị ổn định qua qua biến trở WR Điện áp tụ tăng dần theo biểu thức = , = ( + WR ).C, C : số thời gian mạch nạp tụ 48 Đến t = = bắt đầu chuyển sang chu kỳ âm ( điểm a trở nên âm điểm o ) Van D bị đặt điện áp ngược khóa lại => không tác động đến mạch phát gốc Tr Lúc tác động nguồn cung cấp chiều qua điện trở định thiên mạch định thiên theo kiểu phân áp gồm mà Tr mở => C ngừng nạp bắt đầu phóng điện qua mạch góp – phát Tr, điện trở bảo vệ Tr người ta tính chọn , Tr cho Tr mở bão hòa với điện trở tổng mạch cực góp + WR Vậy tụ C ngừng phóng điện áp tụ giảm xuống sụt áp bão hòa Tr cộng với sụt áp gây nên dòng mở bão hòa Tr ; Sụt áp Tr mở bão hòa nhỏ bỏ qua Mặt khác tổng hợp // Hình 3.8 sơ đồ khối so sánh Giả sử điện áp cưa điện áp điều khiển có dạng hình vẽ trang bên Mặt khác từ sơ đồ ta có > có nguyên lý làm việc sơ đồ Sơ đồ dùng IC KĐTT tổng hợp // -Tín hiệu đầu vào IC tín hiệu tổng hợp -Điện áp điều khiển đưa vào thường có giá trị âm, nguyên lý làm việc sơ đồ sau -Trong khoảng thời gian < tín hiệu đầu vào đảo KĐTT có giá trị âm tín hiệu đầu () giảm không lặt trạng thái diễn nhanh -Trong khoảng thời gian mà > tín hiệu đầu vào đảo KĐTT có giá trị dương tín hiệu đầu () có giá trị âm *Giản đồ điện áp 50 Hình 3.9 Giản đồ điện áp Thay đổi với sơ đồ => 3.2.4 Khối tạo xung Để đảm bảo yêu cầu độ xác thời điểm xuất xung, đối xứng xung kênh khác Người ta thường thiết kế cho khâu so sánh công suất nhỏ đó, xung khâu so sánh thường chưa đủ thông số yêu cầu điện cực điểu khiển Tiristor Để xung có đủ yêu cầu người ta cần thiết phải thực việc khuếch đại xung, thay đổi độ rộng xung số trường hợp khác cần dùng mạch phân chia xung Vì ta phải dùng mạch điện thực chức Mạch thường gồm: khâu khuếch đại xung, sửa xung, phân chia xung truyền xung đến Tiristor Mạch sửa xung Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch sửa xung 51 Ta biết thay đổi => thay đổi => độ dài xung đầu khâu so sánh thay đổi Như xuất tình trạng có số trường hợp độ dài xung lớn làm cho Tiristor khuếch đại xung làm việc chế độ dòng cực góp lớn đến áp cực gó cao (khi BAX bão hòa) gây nên tổn thất mạch phát xung, làm tăng kích thước mạch phát xung Để khắc phục tượng đưa vào mạch điện gọi mạch sửa xung Các mạch sửa xung hoạt động theo nguyên tắc, xung đầu vào có độ dài khác mạch cho xung có độ dài giống theo yêu cầu giữ nguyên thời điểm phát xung Nguyên lý làm việc Khi > với định thiên = > Tr mở bão hòa + => C => => Tr => - trạng thái tụ nạp đầy < => Tr khóa, C phóng + (C) => => D => => (- C) Dòng phóng tụ đặt điện áp ngược lên mạch phát-gốc Tr => Tr khóa lại sau phóng hết tụ lại nạp lại với cực tính ngược lại ban đầu nhờ giữ cho Tr mở + => => => C => -Giản đồ điện áp 52 Hình 3.11 Giản đồ điện áp 3.2.5 Mạch khuếch đại xung truyền xung Thông thường người ta sử dụng hai cách truyền xung từ đầu hệ thống điều khiển đến mạch G – K Đó truyền xung trực tiếp truyền xung gián tiếp qua biến áp xung Qua so sánh thấy phương pháp truyền xung qua biến áp xung có nhiều ưu điểm nên ta chọn cách truyền xung sơ đồ mạch điều khiển Để khuếch đại công suất xung phổ biến sơ đồ khuếch đại xung Tirirtor tranzitor, sơ đồ khuếch đại xung dùng Tr phổ biến *Sơ đồ nguyên lý 53 Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại truyền xung *Nguyên lý hoạt động sơ đồ Gọi thời gian tồn xung điện áp vào Thời gian tồn xung điện áp Thời gian tính từ lúc đóng nguồn chiều không đổi có giá trị lúc MBA xung đạt đến giá trị bão hòa Với sơ đồ khuếch đại xung xảy hai trường hợp khác -Trường hợp : Đồ thị điện áp 54 Hình 3.13 Đồ thị điện áp Từ t = t < chưa có xung vào nên Tranzitor chưa làm việc, dòng điện chạy cuộn sơ cấp BAX nên xung điện áp cuộn thứ cấp ( = 0) => chưa có tín hiệu điều khiển Tiristor Tại t = xuất xung điện áp vào dương dần đến , mở, giả thiết mở bão hòa cuộn dây sơ cấp BAX đột ngột đặt điện áp Xuất dòng qua cuộn sơ cấp tăng dần => cuộn thứ cấp xuất xung điện áp có cực tính dương phía có dấu (*), xung đặt thuận lên truyền qua đến điện cực điều khiển (G) Katot (K) Tiristor Đến t = = + xung vào => , khóa => dòng qua cuộn sơ cấp BAX nên từ thông lõi thép BAX biến thiên ngược lại, lúc , mở dẫn đến cuộn thứ cấp BAX xuất xung điện áp với cực tính ngược lại => làm khóa => không xung cực điều khiển Tiristor ( tức = ) Tác dụng : Khi xung vào , khóa lại gây nên giảm dòng cuộn làm xuất xung điện áp cuộn dây, có cực tính ngược với mở tranzitor ( gọi xung âm ) xung cuộn sơ cấp đặt thuận lên => mở Do mà dòng qua cuộn sơ cấp không giảm đột ngột trì qua nên xung điện áp xuất cuộn dây có giá trị nhỏ đảm bảo an toàn cho Tranzitor BAX -Trường hợp : 55 Hình 3.14 Đồ thị điện áp Nguyên lý làm việc tương tự khác đến t = + BAX bị bão hòa => dẫn đến từ thông lõi thép BAX không biến thiên nên xung điện áp cảm ứng cuộn dây mất, xung ( = 0) Mặc dù có xung vào xung đến t = = + trình diễn tương tự 3.3 THIẾT KẾ MẠCH VÒNG PHẢN HỒI VÀ KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN 3.3.1 Mạch ngắt dòng điện Trong hệ thống truyền động điện xảy trình độ khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều xảy tượng dòng độ lớn làm ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị gây va đập, sưng, giật Ngoài hệ thống truyền động có chế độ làm việc tải Muốn hệ làm việc tốt yêu cầu lúc dòng điện phép tăng đến giá trị Nếu mục đích khởi động ta nên giữ dòng khởi động const Nếu với mục đích làm việc tải cho phép dòng biến đổi dải hẹp Sơ đồ nguyên lý: 56 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý mạch ngắt dòng điện Nguyên lý làm việc: Ở chế độ làm việc bình thường - > dẫn đến điện áp khỏi iC có giá trị âm làm cho khóa, khâu ngắt dòng không tham gia làm việc - Giả sử lý mà động bị tải Khi - < dẫn đến điện áp khỏi IC có giá trị dương dẫn đến mở khâu ngắt dòng tham gia làm việc - Ta thực khâu ngắt dòng nhờ sử dụng hệ thống đo lường ta chọn máy biến dòng 3.3.2 Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ Để lấy tín hiệu phản hồi ta sử dụng máy phát tốc FT nối với động chiều Đ phân áp WR R20 để đo điện áp chiều hình vẽ 57 -Ucc R21 Ð R19 +Ucc WR - R18 IC R FT R20 + −γn -Ucc Hình 3.16 Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ Tín hiệu phản hồi đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu tín hiệu chủ đạo Mạch tổng hợp bao gồm vi mạch khuyếch đại thuật toán IC3 phần tử khác phục vụ cho khâu tổng hợp hình vẽ Nguyên lý làm việc Đầu vào khâu khuyếch đại bao gồm tín hiệu chủ đạo u cđ tín hiệu phản hồi âm tốc độ uph = γn, UvIC3=Ucđ - γn Tín hiệu đưa vào đầu vào đảo IC3 sau khuyếch đại tín hiệu IC3 ngược dấu với tín hiệu vào IC3 Tín hiệu đưa đến điều khiển chỉnh lưu uđk Vậy ta có: UvIC3 = Ucđ- γn ; UIC3 = -K3.(ucđ- γn ) = Udk với K3 hệ số khuếch đại IC3 Với hệ điều tốc vòng kín có phản hồi âm tốc độ(γ ≠ 0) độ sụt tốc độ giảm tăng γ.K, tức tăng hệ số phản hồi tăng hệ số khuếch đại hệ thống hở.Nếu đạt điều kiện γ.K →∞ ∆n→0 (không sai lệch đặc tính tuyệt đối cứng), 58 3.3.3 Sơ đồ mạch tổng hợp khuếch đại trung gian Hình 3.17 Sơ đồ mạch tổng hợp khuếch đại trung gian 3.3.4 Mạch tạo nguồn nuôi Ta sử dụng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng điot Sau dùng tụ lọc IC ổn áp tạo + , - để làm nguồn nuôi cung cấp cho mạch điều khiển lấy tín hiệu phản hồi Hình 3.18 Sơ đồ mạch tạo nguồn nuôi Để tạo điện áp chiều ổn định cung cấp cho mạch điều khiển mạch tạo điện áp chủ đạo Ta thiết kế mạch sau Mạch tạo nguồn nuôi ta sử dụng hai sơ đồ chỉnh lưu hình cầu pha điôt Điện áp sau chỉnh thành điện áp chiều lọc qua tụ C 1, C2 sau ổn áp IC ổn áp 7815 (+15V) và7915 (-15V) Tín hiệu tiếp 59 tục lọc nhờ tụ C 3, C4 sau qua lọc ta tín hiệu điện áp nguồn nuôi (+15V) (-15V) Sơ đồ nguyên lý hình vẽ 3.4 SƠ ĐỒ TOÀN HỆ THỐNG Hình 3.19 Sơ đồ toàn hệ thống 60 Mục Lục Lời nói đầu CHƯƠNG I PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG……………………………………………………… 1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI ĐỘNG CƠ…………………………………… 1.2.1 Động điện xoay chiều……………………………………… 1.2.2 Động chiều …………………………………….7 1.2.3 Kết luận chung……………………………………………… 11 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ CHIỀU VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CHO HỆ THỐNG………………………….12 1.3.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng……………………….12 1.3.2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng……………………14 1.3.3 Thay đổi từ thông kích từ……………………………………… 15 1.4 CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ĐỂ CẤP ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG CHO ĐỘNG CƠ…………16 1.4.1 Hệ truyền động máy phát – động ………………………… 16 1.4.2 Bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor – Động ……………………18 CHƯƠNG II CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG LỰC 20 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG …………………………………………………… 20 2.2 CHỌN SƠ ĐỒ BBĐ ……………………………………………………… 20 2.2.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điôt ………………………20 2.2.2 Chọn phương pháp hãm dừng cho động …………………….24 2.3 SƠ ĐỒ MẠCH LỰC HỆ THỐNG…………………………………………………….29 CHƯƠNG III CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIIỀU KHIỂN…………31 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG …………………………………………………… 31 3.2 THIẾT KẾ MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU 31 3.2.1 Giới thiệu chung……………………………………………… 31 3.2.2.Phân tích lựa chọn khâu đồng hóa phát sóng cưa… 35 3.2.3 Khối so sánh…………………………………………………….39 3.2.4 Khối tạo xung………………………………………………… 40 3.2.5 Mạch khuếch đại xung truyền xung…………………………42 3.3 THIẾT KẾ MẠCH VÒNG PHẢN HỒI VÀ KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN ………….45 3.3.1 Mạch ngắt dòng điện……………………………………………45 61 3.3.2 Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ………………………… 46 3.3.3 Sơ đồ mạch tổng hợp khuếch đại trung gian……………… 47 3.3.4 Mạch tạo nguồn nuôi……………………………………………47 3.4 SƠ ĐỒ TOÀN HỆ THỐNG………………………………………………………….48 62 ... lắm, hệ truyền động chọn hệ T-Đ Ta xet sơ đồ chỉnh lưu sau: Sơ đồ tia pha có 2. 2 CHỌN SƠ ĐỒ BBĐ 2. 2.1.Sơ đồ chỉnh lưu hình tia pha có điôt Hình 2. 1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia có 31 ... cơ: M= 3U 2f R 2' s R 2' 2 ω s[(R1 + ) + X nm ] s (1-1) Trong đó: Uf: Điện áp pha đặt vào stato động Xnm: Điện kháng ngắn mạch(Xnm=X1+X2’) r1, X1: Điện trở điện kháng mạch rô to R2’, X2’: Điện... đồng Đường biểu diễn đường cong hình 1 .2 Trong đó: Sth độ trượt tới hạnMthF Sth = R2, R 12 + X nm (1 -2) Mth mômen tới hạn M th = ± ( 3.U 2f1 2. ω1 R1 + R 12 + X nm (+) trạng thái động (-) trạng