ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MÁY BÀO GIƯỜNG 7212 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG. Máy bào giường nói chung hiện nay được sử dụng rộng rãi. Trong các máy cơ khí, nó dùng để gia công các chi tiết bằng kim loại lớn như: Bệ máy, thân máy, máy bào, máy tiện vv .. .Ngoài ra nó còn sử dụng để rẽ rãnh chữ T, V, đuôi én có thể bào thô hoặc bào tinh. 1.1.1. Phân loại máy bào giường. Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn,chiều dài bàn có thể từ 1,5 đến 12m * Dựa vào số trục phân ra - Máy bào một trụ: 710, 71120, 7116 - Máy bào hai trụ: 7210, 7212, 7216 * Dựa vào kích thước phân ra - Máy bào cỡ nhỏ có chiều dài Lb< 3 m lực kéo Fk= 30 ÷ 50 (KN) - Máy cỡ trung bình chiều dài Lb= 4÷5 m Lực kéo Fk= 50÷70 (KN) - Máy cỡ nặng (Lớn) chiều dài Lb >5 m, Fk >70 (KN) 1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy bào giường. 1.1.2.1. Cấu tạo. Máy bào giường có cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau. Ở đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và bộ phận chủ yếu của máy. - Đế máy: Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trục máy, để có khối tạo thế vững chắc có hai rãnh dẫn hướng chữ nhật và chữ V cho bàn máy chuyển động dọc theo đế máy. - Bàn máy : Được làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công, trên bàn máy có 5 rãnh chữ T để gá lắp chi tiết. - Giá chữ U: Được cấu tạo từ hai trụ thép đứng vững chắc một dầm ngang trên cùng. Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động - Xà ngang : chuyển động lên xuống theo hai trục trên xà - Các bàn dao máy: Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao. Giá máy có thể quay đi một góc nào đó để gia công chi tiết GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 1 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp khoảng dịch chuyển lớn nhất của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là ± 600 - Bộ phận chuyển động: Gồm các máy điện xoay chiều để chuyển động bàn dao, nâng hạ xà, kẹp xà. Các máy phát một chiều động cơ dị bộ, động cơ một chiều máy khuyếch đại từ trường ngang. Tóm lại: Máy bào giường được cấu tạo hoàn chỉnh, gọn kết cấu chắc chắn, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế. 1.1.2.2. Nguyên lý hoạt động Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt 3 được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao 4 được kẹp chặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt .Ở hành trình ngược bàn máy Hình 1.1: Cấu tạo máy bào giường chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải. 1.2. SỐ LIỆU KỸ THUẬT MÁY BÀO GIƯỜNG 7212. 1.2.1 Kích thước máy bào giường 7212. - Kích thước máy: 7950 x 4000 x 3445 (mm) - Kích thước cho phép của vật gia công: 3000 x 1250 x 1120 (mm) - Trọng lượng cho phép lớn nhất của chi tiết gia công là 8000kg GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 2 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - Khoảng cách giữa hai trục đứng 1350 (mm) - Khoảng cách mặt bàn và dầm ngang 1300 (mm) 1.2.2 Kích thước bàn máy. - Diện tích hiệu dụng: 1120 x 400 (mm) - Chiều dài lớn nhất của một hành chình bàn 4200 (mm) hành trình nhỏ nhất là 700 (mm) 1.2.3 Chỉ tiêu cơ học. GIỚI HẠN CÁC TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA BÀN - Vùng 1: V=(40 ÷ 60) m/phút dùng gia công thô - Vùng 2: V=(60 ÷ 90) m/phút dùng gia công giới các tốc độ hành trình ngược chiều dài bàn - Giới hạn ăn dao ngang sau mỗi hành trình kép (0,25 ÷ 12,5) (mm) - Lực kéo bàn Vùng 1: Qmax= 7000 kg ; Qmin= 2500 kg Vùng 2: Qmax= 4700 kg ; Qmin= 1700 kg 1.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH. 1.3.1 Đặc điểm. Do đặc tính của chuyển động bàn là đảo chiều có tần số lớn quá trình quá độ chiếm tỷ lệ lớn trong chu kỳ làm việc, chiều dài hành trình giảm thì quá trình quá độ càng giảm. Nên yêu cầu đầu tiên là đảm bảo năng suất của máy, mà năng suất của máy được xác định bằng số hành trình kép trong một đơn vị thời gian. Ta có đồ thị tốc độ của máy bào giường như sau Hình 1.2: đồ thị tốc độ và dòng điện của bàn máy bào giường GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 3 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Quá trình cắt gọt chỉ xảy ra ở hành trình thuận còn hành trình ngược là hành trình chạy không tải để đưa bàn máy về vị trí ban đầu. Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình 1.2 Đây là dạng đồ thị thường gặp, trong thực tế còn có nhiều dạng khác đơn giản hoặc phức tạp hơn. Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và tăng tốc độ đến tốc độ V0=5÷15(m/phút) tốc độ vào dao trong khoảng thời gian t1. + Sau khi chạy ổn định với tốc độ V 0 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết). + Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định V0 cho đến hết thời gian t3. + t4 tăng tốc độ từ V0÷Vth (tốc độ cắt gọt). + t5: bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết. + t6: bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V0. + t7: bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là V0. + t8: dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là V0. + t9: đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược đến tốc độ Vng. + t10: bàn máy chạy theo hành trình ngược với tốc độ Vng. + t11: thời gian giảm tốc đến V0 để chuẩn bị đảo chiều. + t12: bàn máy chạy ổn định ở vận tốc thấp V0 để chuẩn bị đảo chiều. + t13: đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi 1.3.2 Yêu cầu trang bị điện cho truyền động chính của máy bào giường 7212. 1.3.2.1: Phạm vi điều chỉnh tốc độ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận). D= GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang Vmax Vng .max = Vmin Vth.min 4 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Trong đó: +Vmax : tốc độ lớn nhất của bàn máy của hành trình ngược, thường Vng.max= (75÷120) m/phút. +Vth.min: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận, thường: Vth.min= (4 ÷ 6) m/phút Thông thường, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều được cấp nguồn tự bộ biến đổi. Hình 1.3: Đồ thị phụ tải 1.3.2.2. Độ trơn điều chỉnh tốc độ . Là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ ϕ= ωi +1 ωi tốc độ cấp thứ i và i+1, được xác định bằng công thức : ϕ = trong đó ω i , ω i +1 là z −1 ω max z −1 = D ω min trong đó z là số cấp tốc độ của máy. Đối với yêu cầu của đề thì ta có ϕ = 1.41 -Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . -Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần độ bóng, nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao δ % < 5% 1.3.2.3 Độ ổn định tốc độ. Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết ,tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt. 1.3.2.4. Yêu cầu hãm dừng chính xác. Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu quan trọng, bởi vì khi dừng chính xác thì sẽ đảm bảo chất lượng của sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và cho người vận hành. 1.3.2.5. Yêu cầu đảo chiều. Do máy bào giường có yêu cầu đảo chiều nên việc đảo chiều cho thiết bị cũng vô cùng quan trọng. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 5 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 1.3.2.6. Các yêu cầu về kinh tế. - Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo những yêu cầu như đơn giản, gọn nhẹ, dễ dàng sửa chữa. - Vốn đầu tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý, bên cạnh đó phải đảm bảo được những yêu cầu về kỹ thuật. Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ truyền với tốc độ tác động cực đại. 1.3.3. Truyền động ăn dao. Truyền động ăn dao cũng có tính chất chu kỳ đặc điểm như sau: Mỗi truyền động ăn dao (dao đứng hay dao hông) đều có chiều ăn dao và lượng ăn dao riêng, cũng có thể làm việc độc lập tùy theo công nghệ. Mỗi truyền động hành trình kép của bàn thì truyền động ăn dao làm việc một lần. Thường nó bắt đầu làm việc khi bàn được đổi chiều và dừng lại khi dao cắt sắp đi vào chi tiết. Truyền động bàn làm việc ở chế độ xung với những máy làm việc trong chế độ bình thường. Máy cỡ trung thì số lần dịch chuyển lên tới 1000 lần . Cần phải có dải điều chỉnh rộng D = (60 ÷ 90). Cần phải linh hoạt chắc chắn khởi động, hãm nhanh. Truyền động ăn dao phải đảm bảo di chuyển nhanh. Bàn dao máy bào giường có 2 dao đứng và 2 dao hông, 2 dao đứng được dẫn từ động cơ xoay chiều và hộp giảm tốc hệ thống trục vít đai ốc có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc đứng, 2 dao hông được dẫn từ động cơ xoay chiều riêng biệt ở chế độ riêng biệt đối với dao đứng. 1.3.4. Truyền động nâng hạ xà. Máy bào giường có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc. Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảng cách giữa đầu ra và chi tiết gia công 1.3.5. Truyền động kẹp nhả xà. Là truyền động được định vị chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao, truyền động được thực hiện nhờ động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tuỳ ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà như trên. 1.3.6. Bơm dầu GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 6 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Khi đóng cho bộ biến đổi làm việc thì bơm dầu cũng làm việc lượng dầu trong máy bảo đảm thì rơle áp lực mới hoạt động làm kín mạch cho chuyển động bàn, áp lực cần thiết 2,5at. Hệ thống bơm dầu thực hiện từ động cơ xoay chiều. 1.3.7. Quạt gió Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho truyền động bàn của động cơ không đồng bộ vượt quá nhiệt độ cho phép. 1.4. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN CỦA TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH: Có điều chỉnh tự động đảm bảo, có hạn chế dòng và duy trì ở mức độ cực đại cho phép khi khởi động cũng như khi hãm hệ thống, yêu cầu tác động linh hoạt, chắc chắn, độ tin cậy cao. - Động cơ một chiều dùng để truyền động có công suất P ≥ 50 KW và tốc độ n= 1500 vòng / phút. - Phạm vi điều chỉnh: D = 40/1. - Sai lệch tĩnh cho phép:s1= 5%. KẾT LUẬN Máy bào giường có quá trình công nghệ phức tạp, nhiều truyền động phụ yêu cầu hệ thống truyền động bàn có độ chính xác cao, thời gian quá độ lớn nhất để đảm bảo năng suất của máy. Máy có thể gia công chi tiết mới đảm bảo độ bóng khi gia công tinh. Các truyền động bàn và truyền động ăn dao có thẻ làm ở chế độ điều chỉnh hay chế độ tự động với trang thiết bị hợp lý, hiện đại, máy bào giường có thể làm việc đặt được yêu cầu công nghệ phức tạp. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 7 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG. 2.1.1. Khái niệm chung. Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngày càng hiện đại và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi có độ chính xác, tin cậy cao. Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng thiết bị như hệ thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van… chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu, nhược điểm riêng, khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có những hệ thống truyền động với chất lượng khác nhau. Do đó để có được một phương án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ, đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế. 2.1.2. Nội dung chọn phương án. Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết. Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là chọn ra phương án tốt nhất. Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn những hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chiều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo được yêu cầu và có khả năng tự động hóa cao. Như vậy để chọn phương án phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phương án chính là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống. 2.1.3. Ý nghĩa của việc lựa chọn các phương án. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 8 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Việc so sánh lựa chọn phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt:  Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.  Đảm bảo được việc tin cậy, lâu dài.  Giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.  Khi xảy ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện, thiết bị dự trữ có sẵn, dễ kiếm, dễ mua. 2.2. CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG. Để có được phương án phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy bào giường 7212, ở đây ta đưa ra một số phương án đáp ứng được yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động để từ đó làm căn cứ chọn ra phương án tốt nhất. Yêu cầu công nghệ của máy bào giường 7212 có những đặc điểm sau: - Phạm vi điều chỉnh: D= 40/1 - Độ trơn điều chỉnh: φ= 1.41 - Độ ổn định tốc độ khi làm việc: Δn ≤ 5%. Do những yêu cầu của máy bào giường 7212 như trên nên ta có thể lựa chọn giữa các phương án. 2.2.1. Phân tích chọn động cơ cho truyền động. Việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công việc thiết kế hệ thống truyền động điện động cơ được chọn phải thoả mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động cơ : 2.2.1.1. Động cơ xoay chiều. 2.2.1.1.1. Động cơ không đồng bộ: Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ dị bộ, được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình. Chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác nhờ có những ưu điểm: - Động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ gọn dễ chế tạo, vận hành an toàn, tin cậy giảm chi phí vận hành sửa chữa. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 9 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay - phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện chiều ba pha, không cần tốn kém các thiết bị biến đổi. Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: M= Trong đó s= ω1 − ω ω1 3U12 .R2' 2   R2'  2 sω1  R1 + ÷ + X nm  s    được gọi là độ trượt động cơ. Uf : là giá trị hiệu dụng của điện áp pha stato R2, ,R1 : là điện trở rôto và stato đã quy đổi Xnm =X1δ + X2δ : là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng tản stato và rôto đã quy đổi Ru + R f U ω= u − .M KΦ K Φ2 Hình 2.1: đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ Ta thấy, xu thế sử dụng rộng rãi loại động cơ này trong hầu hết các lĩnh vực. Do cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc, dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều mà không cần sử dụng đến bộ biến đổi. Mặt khác giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn. Nhưng việc điều chỉnh tốc độ, khống chế quá trình là rất khó khăn do mômen mở máy nhỏ, dòng lớn và tốc độ rất khó ổn định đặc biệt là trường hợp tải Mc phản kháng. 2.2.1.1.2. Động cơ đồng bộ. Ưu điểm nổi bật của động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng, như vậy về phương diện nào đó có thể kết luận được nó đáp ứng tốt về yêu cầu công nghệ. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 10 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Nhưng, việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thường chế tạo máy có công suất trung bình và lớn, giá thành cao. Đặc biệt là quá trình điều chỉnh tốc độ là rất khó khăn, luôn luôn cần có bộ biến tần đi kèm. Như vậy, loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ cũng như về chỉ tiêu kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài 2.2.1.2. Động cơ một chiều 2.2.1.2.1. Khái niệm. Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng. 2.2.1.2.2. Ưu điểm của động cơ một chiều. Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng : - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập . - Động cơ điện một chiều kích từ song song. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp . - Động cơ điện nột chiều kích từ hỗn hợp 2.2.1.2.3. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên : I = Iư. Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích từ song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện hơn do đó GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 11 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài. Hình 2.2: Động cơ một chiều kích từ độc lập Hình 2.3: Đường đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập Do đặc điểm đó nên chúng ta sẽ nghiên cứu đến động cơ kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ: ω= Uu ( R + Rt ) − u M 2 Kφ dm ( Kφ dm ) Nhận xét: Với nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn thì ta hay sử dụng loại sơ đồ này. Từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp kích từ và điện trở kích từ .Do đó khi động cơ làm việc nếu phụ tải thay đổi thì dòng điện phần ứng thay đổi nhưng dòng điện kích từ không đổi do đó từ thông kích từ bằng hằng số. Với nguồn một chiều có công suất nhỏ hay khi cần thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng và dòng kích từ thì ta sử dụng cách nối dây của động cơ kích từ độc lập . Đường đặc tính là đường thẳng và nó làm việc ổn định, khi động cơ đang làm việc với tốc độ không đổi thì mô men điện từ bằng mô men cản trên trục động cơ điểm làm việc của nó tương ứng với giao điểm giữa đặc tính cơ của động cơ và đặc tính mô men cản của phụ tải. Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền cơ khí của phần ứng hay rôto của động cơ khả năng chuyển mạch của GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 12 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp vành góp độ duy trì tốc độ đặt khi có dao động phụ tải tĩnh trên trục động cơ. Có đặc tính cơ cứng mô men mở máy lớn phù hợp với hệ truyền động, ổn định tốc độ cao, dải điều chỉnh rộng, mô men động cơ không phụ thuộc vào tải. 2.2.1.2.4. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng . Phương trình đặc tính cơ: ω = A1. Trong đó: A2 = A1. K .C A1 = A K .C −B= 2 −B M M Uu R ;B = K .C K .C Hình 2.4: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Hình 2.5:Đường đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Nhận xét: Do cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng động cơ cho nên Ikt = Iư và từ thông fkt do cuộn dây kích từ sinh ra phụ thuộc trực tiếp vào tải Đường đặc tính cơ: Từ đặc tính cơ ta thấy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ mềm và độ cứng thay đổi theo phụ tải nên thông qua tốc độ động cơ ta có biết được sự thay đổi của phụ tải .Tuy nhiên trong thực tế đối với những hệ thống truyền động có yêu cầu thay đổi tốc độ theo phụ tải thì không nên sử dụng loại động cơ này. -Tốc độ càng giảm thì độ cứng đặc tính cơ càng tăng GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 13 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp -Điện trở phụ càng tăng thì đặc tính cơ càng mềm -Loại động cơ này có khả năng quá tải về mô men nhờ kích từ nối tiếp do đó ở vùng Iư > Iđm thì mô men tăng nhanh hơn sự tăng của dòng do đó nó có khả năng khởi động tốt thích hợp cho hệ truyền động hay làm việc quá tải Động cơ không đựoc làm việc không tải do khi làm việc M c = 0 tốc độ không tải tăng nên rất nhiều so với tốc độ định mức làm cho độ bền cơ luôn phải làm việc có tải lớn hơn ( 15: 20%) tải định mức. 2.2.1.2.5. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp là loại động cơ có hai cuộn kích từ một cuộn mắc nối tiếp và một cuộn mắc song song với phần ứng động cơ. Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.6: Động cơ điện một chiều Hình 2.7: Đường đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp điện một chiều kích từ hỗn hợp Nhận xét: - Đặc tính cơ: Đặc tính có dạng trung gian giữa đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và kích từ song song - Từ thông chính của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng (tức là phụ thuộc vào phụ tải) - Đường đặc tính cơ mềm có thể chạy ở chế độ không tải vì tốc độ không tải có giá trị giới hạn - Loại động cơ này có kết cấu phức tạp, giá thành cao nên ít dùng trong thực tế.  Kết luận chọn động cơ truyền động: Qua phân tích và nhận xét riêng cho từng loại động cơ ta thấy mỗi loại đều có những đặc điểm riêng phù hợp với từng loaị phụ tải, giá thành và môi trường làm việc riêng. Căn cứ vào yêu cầu công nghệ của GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 14 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp máy bào giường ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động vì nó có đặc tính cơ cứng, độ ổn định tốc độ cao, dải điều chỉnh rộng, phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào giường. 2.2.2. Chọn phương án điều chỉnh tốc độ động cơ. Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm giảm năng suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất. U Từ phương trình đặc tính cơ ω= u − KΦ Ru +R f .M ( K Φ) 2 ta thấy tốc độ động cơ phụ thuộc vào các tham số U ư, Φ, Rf. Khi ta giữ nguyên momen tải và thay đổi giá trị của một trong ba tham số U ư, Φ, Rf ta sẽ được một đường đặc tính cơ mới tương ứng với một tốc độ mới. 2.2.2.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf Hình 2.8: Thay đổi điện trở mạch phần ứng Hình 2.9:Đường đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng Nếu ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const; và từ thông Φ = Φdm = const; thay đổi điện trở phần ứng ta sẽ được: + Tốc độ không tải lý tưởng: ω ΟΧ = U dm = const Κ.Φ (Κ.Φ Χ) 2 + Độ cứng đặc tính cơ: β = − = var Ru + R f GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 15 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - Ta thấy khi Rf càng lớn ( β càng nhỏ) đặc tính cơ càng dốc. Do vậy phương pháp này chỉ cho phép giảm tốc độ bằng cách tăng điện trở mạch phần ứng - Trong thực tế, khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây ra một tổn hao công suất rất lớn và không thể điều chỉnh trơn tốc độ nên phải điều chỉnh theo từng cấp điện trở. Chính vì vậy, phương pháp này không được phổ biến như 2 phương pháp thay đổi điện áp phần ứng và từ thông kích từ. 2.2.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ. Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U ư = Udm = const ; điện trở phần R ư = const; và thay đổi dòng điện kích từ I kt của động cơ. Điều này tương ứng với việc từ thông của mạch từ sẽ thay đổi . Ta được: + Tốc độ không tải: + Độ cứng đặc tính cơ: ω ΟΧ = U dm = var Κ.Φ (Κ.Φ Χ) β =− 2 Ru = var Hình 2.10: Đặc tính cơ điện (a); đặc tính cơ (b) khi thay đổi từ thông kích từ Đặc điểm : +Do cấu trúc của máy, nên thực tế chỉ sử điều chỉnh giảm từ thông. Khi giảm từ thông thì ωox tăng dần ( ω0 0 , động cơ làm việc ở chế độ động cơ  Nếu E < 0 động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược - Trong khoảng α = [π/2 ÷ α max] thì tải có tính chất thế năng .Để quay ngược động cơ, lúc này Ed và E đổi dấu. Nên dòng điện Iu vẫn chạy theo chiều cũ, động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều trả về lưới. - Ưu nhược điểm của hệ T- Đ • Ưu điểm: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 22 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp + Độ tác động nhanh cao + Dễ tự động hoá, van có hệ số khuếch đại công suất lớn nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thông + Không gây ồn + Điều khiển góc mở van α có thể điều chỉnh tốc độ nhanh + Công suất điều khiển nhỏ, giá thành rẻ hơn so với các hệ truyền động khác • Nhược điểm: + Van bán dẫn có dòng phi tuyến, thời gian quá độ sẽ lớn + Điện áp chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở xấu dạng điện áp của nguồn hoặc lưới + Hệ số công suất của mạch thấp.  Kết luận chọn phương án truyền động. Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của truyền động chính máy bào giường. Tuy nhiên qua phân tích ta thấy rằng phương án hệ truyền động chỉnh lưu T-Đ (phương án C) có tính ưu việt hơn cả. Vậy ta chọn phương án (C) làm phương án truyền động cho máy bào giường. 2.2.4. Phân tích lựa chọn phương án hãm cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc độ quay của động cơ (lúc này động cơ làm việc ở chế độ máy phát). Như phân tích chọn động cơ trên ta chọn động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập nên có 3 trạng thái hãm sau đây: - Hãm tái sinh- Hãm ngược - Hãm động năng Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với yêu cầu công nghệ là điều rất quan trọng.Với yêu cầu là đảm bảo chiều quay, hãm dừng nhanh ta chọn phương pháp hãm động năng. Hãm động năng: Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát, mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt. Hãm động năng có hai loại: - Hãm động năng kích từ độc lập GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 23 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - Hãm động năng tự kích 2.2.4.1. Hãm động năng kích từ độc lập: Cắt phần ứng khỏi lưới, đóng vào điện trở hãm Rh và giữ nguyên mạch kích từ. Phương trình đặc tính cơ: ω = − Ru + Rh R +R .I = − u 2 h .M Kφ ( Kφ ) Và β hoàn toàn phụ thuộc vào Rh. Song cần chọn Rh cho phù hợp Ihd ≤ (2 ÷ 2,5).Idm Hình 2.18: hãm động năng kích từ độc lập Khi hãm động năng, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ nên nó chỉ tiêu tốn trong mạch kích từ của động cơ với công suất: Pktđm = (1 ÷ 1,5) % Pđm Hãm động năng kích từ độc lập không thể thực hiện khi mất điện do mạch kích từ phải được cung cấp điện để khắc phục điều này người ta thường sử dụng phương pháp hãm động năng tự kích. 2.2.4.2. Hãm động năng tự kích. Nó khắc phục đặc điểm trên của hãm động năng kích từ độc lập .Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ ra khỏi lưới rồi đóng kín chúng qua một điện trở hãm. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 24 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Hình 2.19: Hãm động năng tự kích -Phương trình đặc tính cơ: Thực tế Rkt>>Rh: ω = − rkt Rh ) Rh + rkt M ( Kφ ) 2 ( Ru + ω=− ( Ru + Rh ) Iu Kφ ω=− Trong quá trình ω giảm dần Ikt cũng giảm dần và là hàm số của tốc độ nên đặc tính có dạng phi tuyến ( Ru + Rh ) M ( Kφ ) 2 từ thông giảm dần  Kết luận chọn phương án hãm: Qua phân tích và nhận xét ở trên ta thấy hãm động năng kích từ độc lập có ưu điểm hơn cả vì nó tiêu tốn ít năng lượng , quá trình hãm đơn giản.Vì vậy ta chọn phương án hãm động năng kích từ độc lập làm phương án hãm cho động cơ một chiều kích từ độc lập. 2.3. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC. 2.3.1. Chọn sơ đồ mạch động lực. Do yêu cầu của truyền động bàn máy bào giường và truyền động phải điều khiển tốc độ, ổn định tốc độ, đồng thời phải đảo chiều vì vậy mạch động lực phải là một BBĐ kép . Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ : Tia ,cầu , trong đó mỗi sơ đồ lại có thể phân ra theo số pha như :1 pha , 2 pha , 3 pha , 6 pha ... Sơ đồ hình tia và hình cầu 3 pha là hai sơ đồ có thể cho ra chất lượng tốt nhất và phù hợp với yêu cầu truyền động chính máy bào giường. Nên ta chỉ xét hai BBĐ hình tia 3 pha và cầu 3 pha cấp cho sơ đồ 2.3.1.1 Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha. 2.3.1.1.1. Sơ đồ nguyên lý: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 25 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Hình 2.20: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha 2.3.1.1.2. Nguyên lý làm việc Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anot của van nào dương hơn van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai van giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, như vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp liên tục, còn nếu điện áp tải gián đoạn thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn. Ud = Ud0.Cosα, Ud0 = 3 6 U 2 = 1,17U 2 . 2π Id , U Tth max = U Tng max = 6.U 2 3 + Dòng điện hiệu dụng cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ nối dây Id Id là Y/Y0 I1 = , I 2 = IT = 3 3K ba + Dòng và áp trên các van: I Ttb = Id , 3 IT = + Công suất tính toán máy biến áp khi tổ nối dây là Y/Y0 và ∆/Y0 là: 2π.U d .I d 2π.U d .I d S + S2 S1 = 3.U1 .I1 = = 1,355U d .I d , S 2 = 3.U 2 .I 2 =  S tt = 1 3 3 3 2 2 2.3.1.2.Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.3.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý: Hình 2.21 : Đồ thị dòng và áp hình tia 3 pha( mục lục hình vẽ) GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 26 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 T i1 I A I B I C A T i5 + BAĐL ia B ib C ic T i2 AT T i3 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Đ CKT - T i6 T i4 LK Hình 2.22: sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha 2.3.1.2.2. Nguyên lý làm việc. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược nhau, ba tiristor T1, T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anot, còn T2, T4, T6 là một chỉnh lưu tia ba pha cho ta điện áp (-) tạo thành nhóm catot, hai chỉnh lưu này ghép lại thành thành chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anot và một xung ở nhóm catot) thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha. Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn. Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm van này (anot hoặc catot) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. * Một số biểu thức tính toán: 3 6 U 2 = 2,34 U 2 . π + Dòng và áp trên các van: I I I Ttb = d , I T = d , U Tth max = U Tng max = 6.U 2 3 3 + Dòng điện hiệu dụng cuộn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ nối dây là Y/Y Ud = Ud0.Cosα, Ud0 = I1 = Id . 2 3 , I2 = IT = Id . k BA GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 2 3 27 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp + Công suất tính toán máy biến áp khi tổ nối dây là Y/Y0 và ∆/Y0 là: π.U d .I d π.U d .I d S + S2 S1 = 3.U1 .I1 = = 1,05U d .I d , S2 = 3.U 2 .I 2 = ⇒ S tt = 1 3 3 2 Hình 2.23: giản đồ điện áp mạch chỉnh lưu cầu ba pha (mục lục hình vẽ)  Kết luận chọn sơ đồ chỉnh lưu Với hai sơ đồ hình cầu và hình tia như đã trình bày ở trên thì điện áp chỉnh lưu như nhau thì sơ đồ hình tia đơn giản hơn và ít van hơn. -Sơ đồ hình tia có sụt áp và tổn thất trên van ít hơn hình cầu (có sụt áp trên hai van) -Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn so với sơ đồ hình tia do đó số vòng dây ở cuộn thứ cấp MBA ít hơn hai lần nhưng tiết diện dây lại lớn hơn. -Sơ đồ hình cầu MBA được sử dụng triệt để hơn, lõi thép không bị từ hoá cưỡng bức bởi thành phần một chiều trong dây quấn -Sơ đồ hình cầu cho ta dạng điện áp và dòng bằng phẳng hơn -Việc điều khiển đóng mở các van trong sơ đồ hình cầu phức tạp hơn so với sơ đồ hình tia . tuy nhiên sơ đồ hình cầu có dạng điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn và nó cũng có nhiều ưu điểm như trên đã phân tích. -Vì vậy ta chọn sơ đồ hình cầu ba pha để cung cấp điện áp một chiều cho động cơ truyền động máy bào giường, ở đây do yêu cầu công nghệ của máy bào giường là động cơ truyền động có đảo chiều quay nên ta chọn hai bộ chỉnh lưu cầu ba pha mắc song song ngược. 2.3.2. Chọn phương án đảo chiều quay. Có hai phương pháp đảo chiều: 2.3.2.1. Đảo chiều dòng kích từ Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từ thì ta phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ có nguy cơ bị ngắn mạch. Ta biết rằng: Iu = U u − E U u − Kφω = Ru Ru Khi đảo chiều tức Uư giữ giá trị dương E đổi dấu chuyển sang âm tức (U - E) trở thành một tổng của hai thành phần cùng dấu nên rất lớn nên dòng Iư rất lớn, GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 28 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp đồng thời khi φ = 0 ( Rư rất nhỏ ) thì Iư càng tăng có nguy cơ phá hỏng động cơ. như vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (đảm bảo an toàn ) thì thời gian đảo chiều lớn làm giảm năng suất của hệ thống.Mặt khác, ở phương pháp này hệ thống có họ đặc tính cơ xấu. 2.3.2.2. Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ Phương pháp này có thể dùng: + Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ. + Dùng hai bộ biến đổi có đảo dòng bằng hai sơ đồ chỉnh lưu mắc song song ngược hoặc đấu chéo. Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc thường xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm. 2.3.3 Lựa chọn phương án điều chỉnh hai bộ chỉnh lưu. ∗ Phương pháp điều khiển chung: Là cả hai bộ biến đổi đều có xung mở, một bộ làm việc ở trạng thái trao đổi năng lượng còn một bộ làm việc ở trạng thái chờ phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ đông và chế độ tính rất tốt, nhưng nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng nên tiêu tán năng lượng vô ích, và luôn tồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng với sơ đồ hình cầu 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng san bằng. ∗ Phương pháp điều khiển riêng: Xung điều khiển đưa vào van một cách riêng rẽ để loại trừ tổ van nào thì ta ngừng cung cấp xung cho tổ van ấy, nghĩa là bộ biến đổi này làm việc thì bộ biến đổi kia không làm việc (hay nghỉ). Do vậy dùng phương pháp này không xuất hiên dòng cân bằng song đi theo nó là một mạch logic. Tuy nhiên đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển chung và để đảm bảo đảo chiều an toàn thì cần phải có 1 khoảng thời gian trễ để dòng qua tổ van đang làm việc giảm về = 0 thì nó mớ cho tổ van thứ hai mở. Với ưu điểm làm việc an toàn, không có dòng cân bằng giữa các bộ biến đổi, tuy cần phải có một khoảng thời gian trễ ( khoảng thời gian này đảm bảo bởi các xung có độ rộng không đổi ). Vậy ta chọn phương pháp GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 29 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp điều khiển riêng (hay còn gọi điều khiển độc lập) để điều khiển hệ truyền động chính của máy bào giường 7212. 2.3.4. Giới thiệu mạch động lực. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực được biểu diễn như hình sau, mạch động lực sử dụng các thiết bị có chức năng và nhiệm vụ như sau. Hình 2.24: mạch động lực( mục lục hình vẽ) - Đ: là Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Nhiệm vụ biến điện năng thành cơ năng truyền động cho phụ tải yêu cầu. - CKĐ: Là cuộn dây kích từ của động cơ Đ, có chức năng cung cấp từ thông kích từ cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập Đ. T1T÷ T6T: Là các tiristor chức năng biến đổi nguồn điện xoay chièu thành nguồn một chiều (có thể thay đổi được chỉ số) để cung cấp cho động cơ Đ, phục vụ cho động cơ quay thuận. - T1N ÷ T6N: Là các tiristor phục vụ cho động cơ Đ quay theo chiều ngược. - BA: Là máy biến áp động lực, đây là máy biến áp 3 pha 3 trụ có sơ đồ đấu dây Y/Y.Nhiệm vụ biến điện áp của lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu của bộ chỉnh lưu để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu (cho cả hai bộ biến đổi làm việc ở chế độ quay thuận và ngược) sao cho sau chỉnh lưu nhận được điện áp phù hợp với điện áp phần ứng động cơ Đ. - AB : Là áptômat mắc phía sơ cấp máy biến áp động lực, có tác dụng để bảo vệ sự cố ngắn mạch phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp động lực (BA). Khi áptômát (AB) cắt thì má động của nó tiếp đất để có thể dập điện áp tàn dư trong máy biến áp. Ngoài ra áptômát AB còn có chức năng để đóng cắt nguồn điện cho toàn hệ thống. KH: Là cuộn kháng lọc san bằng, chức năng để san bằng dòng điện mạch điện phần ứng động cơ, triệt tiêu các sóng hài bậc cao, đây là một kho dự trữ năng lượng dưới từ trường. - C1R1 ÷ C6R6: Là các mạch tụ điện và điện trở chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc áp (du/dt ) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp. Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor. Để bảo vệ quá gia tốc dòng(di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 30 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - K: Là tiếp điểm thường mở của khởi động từ, có tác dụng đóng cắt nguồn điện mạch thứ cấp máy biến áp động lực và các bộ biến đổi. - TI: Là các bộ biến dòng, gồm 3 máy biến dòng mắc theo sơ đồ sao không có chức năng để tín hiệu phản hồi âm dòng điện. Lấy tín hiệu điện tỷ lệ với dòng điện phần ứng động cơ thông qua dòng của lưới điện xoay chiều cung cấp cho các sơ đồ chỉnh lưu để gửi tới khâu hạn chế dòng điện. - FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ. Tín hiệu điện áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ. - PT1T÷ PT3T và PT1N÷ PT3N: Là các tranzitor quang hay (photo tranzitor) chức năng của các phần tử này là để lấy tín hiệu kiểm tra dòng điện trong các bộ chỉnh lưu mắc song song ngược khống chế theo nguyên tắc độc lập. Tín hiệu điện áp lấy ra trên các tranzitor quang là các tín hiệu dưới dạng các mức logic 0 và mức logic 1 được dưa tới mạch logic và tạo trễ tín hiệu. Trong sơ đồ không cần sử dụng các cuộn kháng cân bằng vì các bộ biến đổi mắc song song ngược được khống chế theo nguyên tắc độc lập. 2.3.5. Nguyên lý hoạt động của mạch động lực. Theo sơ đồ mạch động lực ta có, khi muốn khởi động hệ thống ta cấp nguồn cho hệ thống, đóng aptomat AB để cấp điện cho máy biến áp BA, khi BA có điện ấn nút khởi động để đóng các tiếp điểm thường mở K cấp điện cho bộ chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu dùng tiristor cấp nguồn cho phần ứng động cơ và bộ chỉnh lưu đi ốt cấp nguồn 1 chiều cho cuộn dây kích từ CKĐ. Tuỳ thuộc vào tín hiệu chủ đạo ở mạch khuếch đại trung gian mà bộ biến đổi HI (gồm T1T÷ T6T) làm việc hay bộ biến đổi HII ( gồm T1N÷ T6N) làm việc. Nếu bộ HI làm việc thì bộ HII khoá và ngược lai bộ HII làm việc thì bộ HI khoá. Giả sử 1 trong 2 bộ biến đổi làm việc hay có xung điều khiển mở các van tiristor. Động cơ Đ được cấp nguồn một chiều suy ra động cơ Đ quay làm cho máy phát tốc FT quay nên lấy ra tín hiệu phản hồ âm tốc độ. Đồng thời khi Đ được cấp nguồn một chiều thì bộ biến dòng TI có sự cảm ứng và lấy ra tín hiệu phản hồi âm dòng điện đưa tới khâu hạn chế dòng điện. Sự làm việc của 2 bộ biến đổi mắc song song ngược là do tín hiệu xung ở mạch điều khiển quyết định. Khi muốn dừng hẳn thì ấn nút dừng trong mạch khống chế để mở các nút thường hở K, cắt nguồn xoay chiều cung cấp cho các bộ biến đổi. Đồng thời khi K mở thì tiếp điểm H đóng lại đưa điện trở hãm R H vào để hãm động năng, cắt máy biến áp BA ra khỏi lươi điện bằng áptômát AB. ∗ nguyên lý lấy tín hiệu logic trên các phần tử tranzitor quang như sau: Khi cả hai bộ biến đổi HI và HII cùng khoá lúc này do có mạch tụ điện và GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 31 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp điện trở (R-C) nối theo sơ đồ ψ nên tạo thành trung tính của tải, do đó các tranzitor quang được đặt điện áp pha nên các tranzitor quang thông, trên cực góp có mức logic 0. Khi bộ biến đổi HI làm việc bộ biến đổi HII khoá, lúc này không còn tồn tại các điểm trung tính nữa, khi các tirristor trong bộ H I mở thì các tranzitor quang PT1T÷ PT3T bị nối ngắn mạch nên bị khoá và lấy ra tín hiệu logic 1, còn các tranzitor quang PT 1N÷ PT3N thông do đặt vào điện áp dây nên lấy ra tín hiệu logic 0. Các tranzitor quang được đặt vào điện áp dây nhờ có sự mở của các tiristor nhóm anôt chung của bộ biến đổi HI . Khi bộ biến đổi HII làm việc, HI khoá cũng hoàn toàn tương tự như trên các tranzitor quang PT1T÷ PT3T sẽ thông, các tranzitor quang PT 1N÷PT3N sẽ khoá. ∗ Nguyên lý hoạt động của các sơ đồ chỉnh lưu: Để cung cấp nguồn một chiều cho phần ứng động cơ gồm có 2 bộ biến đổi cầu 3 pha đối xứng mắc song song ngược. Mỗi bộ đều có hai nhóm tiristor là nhóm anốt chung và nhóm katốt chung, mỗi nhóm van cùng tên của 2 bộ biến đổi đều có van ở vị trí giống nhau. Việc khống chế 2 bộ biến đổi theo nguyên tắc độc lập, do đó nhóm xung để mở bộ biến đổi H I thì cũng để mở bộ biến đổi H II (khi đã ngắt xung ở bộ biến đổi HI). Khi muốn cho phép bộ biến đổi nào làm việc thì chi được phép đưa xung đến điều khiển các tiristor ở bộ biến đổi ấy mà thôi. Với bộ biến đổi HII giống hệt bộ biến đổi HI nên ta chỉ cần xét hoạt động của 1 bộ là đủ, còn bộ biến đổi kia được suy ra hoàn toàn tương tự. * Hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm có 6 tiristor chia thành hai nhóm. - Nhóm katốt chung gồm 3 tirristor T1,T3,T5 . - Nhóm anốt chung gồm 3 tiristor T2,T4,T6 . Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp (điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu). Ua= 2 U2sinωT; Ub= 2 U2sin( ωT - 2π ); 3 Uc= 2 U2sin(ωT - 4π ) 3 Góc mở α được tính từ giao điểm của các nửa hình sin, khảo sát khi hệ thống đang làm việc ổn định, xét trong chu kỳ điện áp nguồn, với giả thiết T 5 và T6 đang cho dòng chạy qua. Giản đồ điên áp và dòng điện như hình vẽ trang bên. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 32 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Khi ωT= ωT1= Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp π + α cho xung điều khiển mở T 1 (trước đó T5 và T6 đã 6 đang mở). Tiristor T1 mở vì Ua > 0. Khi T1 mở làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên. vì Ua > Uc suy ra lúc này T1 và T6 đang cho dòng chạy qua. Khi ωT = 3π +α (chậm sau thời điểm ωT1=π/3) cho xung điều khiển 6 mở T2 làm cho T6 khoá lại một cách tự nhiên vì T 6 bị đặt điện áp ngược (Ub > Uc). Lúc này T1 và T2 dẫn dòng điện áp trên tải là U d=Uac= Ua-Uc. Cứ như vậy các xung điều khiển lệch nhau π/3, được lần lượt đưa đến cực điều khiển của các tiristor theo thứ tự. T 1,T2 ,T3 ,T4 ,T5 ,T6. .. Sẽ nhận được sự đóng mở theo đúng quy luật của các Tiristor. Ta thấy rằng cùng một nhóm van (anốt chung hoặc kanốt chung) thì khi một Tiristor dẫn dòng mở, nó sẽ khoá ngay Tiristor dẫn dòng trước nó. Bảng tóm tắt của quá trình và giản đồ điện áp dòng điện chỉnh lưu Thời điểm π/6 + λ 3π/6 + λ 5π/6 + λ 7π/6 + λ 9π/6 + λ 11π/6 + λ Mở T1 T2 T3 T4 T5 T6 khóa T5 T6 T1 T2 T3 T4 Bảng 2.1: Bảng tóm tắt của quá trình và giản đồ điện áp dòng điện chỉnh lưu Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu Ud = Ud1 = - Ud2 = 3 6 .U2 .cosα π Trong đó: U2 là hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp máy biến áp Ud1: Là trị trung bình của ud1 do nhóm katốt chung tạo nên. Ud2: Là trị trung bình của ud2 do nhóm anốt chung tạo nên. Giá trị trung bình của dòng điện chỉnh lưu là Id.Giá trị hiệu dụng của dòng điện chạy qua trong mỗi pha thứ cấp máy biến áp. I2 = 2 .I d 3 Giá trị trung bình của dòng đện chảy trong mỗi Tiristor. IT = Id/ 3 Giá trị điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi van. Ungmax = 6 .U2 Các xung điều khiển được sử dung là lấy từ mạch điều khiển căn cứ vào hoạt động của sơ đồi chỉnh lưu ta sẽ thiết kế mạch điều khiển tạo ra xung điều khiển phù hợp. Hình 2.25: giản đồ điện áp và dòng điện( mục lục hình vẽ) 2.4: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 33 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 2.4.1. Đặt vấn đề Như chúng ta đã biết, Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên anot và xung áp dương đặt trên vào cực điều khiển. Sau khi Tiristor mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua Tiristor do thông số của mach động lực quyết định, vì vậy để điều khiển được sự đóng mở của các Tiristor chúng ta cần có một mạch điều khiển. * Chức năng điều khiển của mạch điều khiển: Tạo ra các xung đủ điều kiện: Công suất, biên độ, thời gian tồn tại để mở các Tiristor (thông thường độ dài xung nằm trong giới hạn từ 200µs đến 600µs). - Điều chỉnh được thời điểm phát xung điều khiển. - Phân phối các xung cho các kênh điều khiển theo đúng quy luật yêu cầu. - Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lưu hiện nay đang sử dụng được phân làm hai nhóm chính. * Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: Các xung điều khiển suất hiện trên cực điều khiển của các Tiristor đúng thời điểm cần mở van và lặp đi lặp lai mang tính chất chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. * Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Hệ thống điều khiển này phát ra chuỗi xung với tần số cao hơn rất nhiều so với tần số nguồn điện xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu, và trong quá trình làm việc thì tần số xung được tự động để đảm bảo cho một đại lượng đầu ra nào đó. Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ này rất phức tạp nên nó ít được sử dụng, mà hiện nay người ta thường hay sử dụng các hệ thống điều khiển đồng bộ. Các hệ thống điều khiển đồng bộ thường sử dụng hiện nay bao gồm có ba phương pháp để thiết kế mạch điều khiển. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha đứng. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc khống chế pha ngang. - Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt hai cực gốc. Vậy trong bản thiết kế này thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc khống chế pha đứng (thuộc nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ). Khi nghiên cứu các mạch phát xung theo nguyên tắc pha đứng, người ta chia các GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 34 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp mạch điện hệ thống ra làm ba khối có chức năng khác nhau và được biểu diễn như sơ đồ sau. Ur Uv ĐBH & FSRC Khối 1 SS Udk Khối 2 UdkT TX Khối 3 Hình 2.26: các khối của mạch điềukhiển Khối 1: Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa (ĐBH-FSRC). Khối 2: Khối so sánh (SS). Khối 3: Khối tạo xung (TX). Các đại lượng điện áp sử dụng gồm: - Uv: Điện áp lưới (nguồn) xoay chiều, đồng pha với điện áp cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. - Ur: Điện áp tựa, thường có dạng hình răng cưa. - Uđk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ và được lấy từ mạch khuếch đại trung gian đưa tới. - UđkT: Điện áp điều khiển Tiristor, nó là chuỗi các xung điều khiển, lấy từ đầu ra của mạch điều khiển truyền tới điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristor. Nội dung của phương pháp khống chế là: Điện áp tựa (Ur) và điện áp điều khiển (Uđk) cùng được đưa đến đầu vào khối so sánh (SS). Khi tổng đại số Ur+Uđk= 0 là thời điểm bắt đầu xuất hiện xung ở đầu ra của khâu so sánh cũng là lúc bắt đầu có xung điều khiển để mở Tiristor. Bằng cách điều chỉnh biên độ điện áp điều khiển (uđk) có thể điều khiển được thời điểm phát xung điều khiển mở Tiristor (tức là điều chỉnh được góc Hình 2.27: Phương pháp khống chế mở α). TX là thời gian tồn tại độ rộng của xung điềukhiển. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 35 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 2.4.2. Thiết kế mạch. Theo như đã phân tích ở phần trên ta dùng 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược và được khống chê độc lập, điện áp vào 3 pha (ua,ub,uc), như vậy với mỗi pha a, b,c tương ứng có thể coi như một kênh điều khiển với 2 nửa chu kỳ, Với ba pha điều khiển như trên sẽ tạo ra được 3x2=6 xung điều khiển. Do tính chất tương đương của các pha trong nguồn điện xoay chiều ba pha nên 6 xung (do 3 kênh điều khiển phát ra) là hoàn toàn giống nhau, song giữa các xung kề nhau xuất hiện lệch nhau những góc 60 0 điện. Vậy với 6 xung như trên sẽ đảm bảo để điều khiển 6 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha theo đúng quy luật yêu cầu.Vì các kênh phát xung điều khiển là hoàn toàn giống nhau và làm việc với nguyên lý như nhau. Chúng ta sẽ đi xét cho 1 kênh và 2 kênh còn lại sẽ hoạt động tương tự. 2.4.2.1 - Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa( ĐBH& FSRC). Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn và điều khiển được thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi chu kỳ, ta sử dụng các mạch phát xung mà tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu có dạng răng cưa. Hơn nữa, để điện áp răng cưa có tần số và thời điểm đầu của mỗi xung răng cưa phù hợp với nguồn cung cấp thì ta cần phải dùng các sơ đồ tạo điện áp răng cưa được điều khiển bởi điện áp, gọi là điện áp đồng bộ hoá. 2.4.2.1.1. Mạch đồng bộ hoá. Mạch đồng bộ hoá (mạch điều khiển ở trên sử dụng Mạch đồng bộ hoá dùng máy bién áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra 3 điện áp đồng pha với 3 pha của nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu). A B C B . . . * BAĐ * * * * * . . . .. uđba uđbb uđbc 0 Hình 2:28 sơ đồ nguyên lý của mạch đồng bộ hoá. Với việc sử dụng biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/Y0 như trên mà máy biến áp động lực (BA) có tổ nối dây Y/Y nên điện áp đồng bộ (uđb) lấy ra ở phía thứ cấp của BAĐ hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp của GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 36 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp nguồn điện xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. Điện áp đồng bộ (u đb) được dịch chậm pha đi một góc 300 điện bởi mạch tụ điện và điện trở R-C gọi là mạch dịch pha Mục đích của việc dịch pha tín hiệu đồng bộ chậm đi một góc π/6 (300 điện) là nhằm thống nhất trị số góc điều khiển của Tirsistor ứng với điện áp nguồn trên mạch động lực và góc điều khiển α ở mạch phát xung và như vậy có thể điều khiển các Tiristor với trị số góc điều khiển nhỏ. Ta biết rằng góc mở tự nhiên của các Tirristor được tính tại vị trí giao nhau của hai điện áp pha kề nhau và góc điều khiển được tính từ thời điểm đó trở đi. Giao điểm nói trên (điểm ứng với góc mở tự nhiên ở vị trí chậm sau điểm bắt đầu của các nửa chu kù điện áp pha 300 điện) Mặt khác góc điều khiển λ ở mạch phát xung được tính từ điểm bắt đầu của điện áp tựa răng cưa (cũng là điểm bắt đầu của các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ hoá) đến vị trí mà u r + uđk= 0. Do đó việc dịch điện áp đồng bộ (uđb) chậm đi góc 300 điện sẽ làm thoả mãn khi góc điều khiển α = 0 cũng tương ứng với góc mở tự nhiên của các Tiristor. 2.4.2.1.2. Mạch tạo răng cưa: Trong đề tài này em dùng mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch KĐTT để tạo điện áp răng cưa.Mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán thì đầu ra của mạch nhận được những điện áp răng cưa rất gần với dạng của lý tưởng, và như vậy có nghĩa là điện áp răng cưa có chất lượng cao. Dạng của điện áp răng cưa là sườn trước tăng dần tuyến tính, sườn sau rất dốc gần như thẳng đứng. -ucc . . 1 Tr * u . R D R 1 u 2 i * BAĐ R . -u cc GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang . 1 3 WR 37 §¹t –Líp §iÖn 1A -i +i c . C 1 1 - KĐTT + . . SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Hình 2.29: Sơ đồ mạch phát sóng răng cưa dùng vi mạch khuếch đại thuật toán - Sơ đồ gồm máy biến áp đồng bộ hoá để tạo ra điện áp đồng bộ hoá uddb. * Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Trong sơ đồ này ta dùng KĐTT ghép với tụ C thành một mạch tích phân. Nguyên lý hoạt động của khâu này như sau: Giả thiết Tr khoá tụ C được nạp bằng dòng điện đầu ra của KĐTT, dòng nạp tụ được xác định i c = i1+iv. Nếu KĐTT là lý tưởng thì điện trở vào của nó bằng vô cùng dẫn đến i vvà iv+ = 0, do vậy ic=-i1, mặt khác i1=-ucc/(wR+R) =I=consst. Điều này có nghĩa rằng khi Tr khoá thì tụ C được nạp bởi dòng không đổi. Vậy ta có: ωt = 0 thì uđb= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dương, dẫn đến đi ốt D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngược, Tr khoá tụ C được nạp dòng không đổi. Điện áp trên tự tăng dần theo quy luật tuyến tính. Đến ωt = π và bắt đầu chuyển sang âm thì D khoá, Tr mở nên tụ C phóng điện nhanh qua Tr đến điện áp = 0 và giữ nguyên ở giá trị = 0 cho đến ωt = 2π. Tại ωt =2π điện áp đồng bộ = 0 và bắt đầu chuyển sang dương, D lại mở Tr khoá tụ C được nạp điện. Với giả thiết KĐTT là lý tưởng thì hệ số khuếch đại là vô cùng lớn. Vậy nếu KĐTT đang ở chế độ KĐ tuyến tính thì giữa hai đầu vào được xem như bằng không (uv= 0). Từ sơ đồ ta có urc= uc+uv=uc. Tức là điện áp răng cưa đầu ra của sơ đồ bằng điện áp trên tụ C. Đồ thị điện áp răng cưa như sau. u Urcmax urc π ωt 2π Hình 2.30: Đồ thị điện áp răng cưa Do điện áp răng cưa là điện áp ra của KĐTT nên có nội trở rất nhỏ vì vậy điện áp ra không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng cưa. Với sơ đồ này dung lượng tụ C cần rất nhỏ khoảng 220 µF. Vì vậy cho tụ chọn tụ dễ dàng, mặt khác tụ phóng rất nhanh nên rất an toàn cho Tr và điện áp ra rất gần với điện áp răng cưa lý tưởng. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 38 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật: Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Tranzitor Tr 1 ÷Tr4 , phần tử logic ''hoặc - đảo'' G1 và các điện trở R3 ÷ R6. +u cc  R3 R4 A Tr 4B   R5 Tr 3  C R7 Tr 1 U®bd G1  R8 C1 Tr 5 Tr 2 R9 -u  cc +   +u cc   -u cc u r  R6 Hình 2.31: mạch tạo xung chữ nhật Tín hiệu điện áp đồng bộ hoá (đã dịch pha) u đbd được nối và cực gốc và các cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình trên. Đối với Tranzitor thì u ng= 0,4 ÷ 0,7 (v). Khi điện áp điều khiển (u be) có trị số ube < ung thì Tranzitor khoá, còn khi ube > ung thì Tranzitor mở và nhanh chóng đạt đến mức bão hoà. Xét trong một chu kỳ của điện áp đồng bộ(uđbd). + Trong nửa chu kỳ dương (0 ÷ π). Khi uđbd < ung thì Tr1 khoá, lúc này Tr2 khoá hiển nhiên do chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc. Tr1 khoá, Tr4 mở do có định thiên R3. Khi Tr4 mở, nó dẫn dòng làm cho Tr 3 cũng mở, các Tr3 và Tr4 mở bão hoà dẫn đến điểm A và B có mức logic 0. Khi uđbd > ung thì Tr1 mở (Tr2 vẫn khoá do chịu điện áp ngược). Tr 1 nó dẫn dòng theo đường (+ucc )  Tr1 Tr3 (-ucc), làm cho điện áp ube của Tr4 < ung nên Tr4 khoá nên điểm A có mức logic 1, Tr3 mở làm cho điểm B có mức logic 0. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 39 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Kết luận: Điểm A luôn có mức logic 1 khi uđbd  > ung; Điểm A luôn có mức logic 0 khi uđbd < ung; Điểm B luôn có mức logic 0. + Trong nửa chu kỳ âm (ωt = π ÷2π ) Ở nửa chu kỳ âm này Tr1 chịu điện áp ngược đặt vào mạch phát gốc nên Tr 1 khoá dẫn đến Tr4 mở nhờ có định thiên R3 nên điểm A luôn có mức logic 0. Đối với Tr2. Đầu và cuối của nửa chu kỳ âm này (uđbd < ung) thì Tr2 khoá , Tr3 mở bão hoà nên điểm B có mức logic 0. Khi uđbd > ung thì Tr2 mở  ubeTr3 < ung nên Tr3 khoá làm cho điểm B có mức logic 1. Kết luận: Điểm A luôn có mức logic 0; Điểm B có mức logic 1 khi uđbd > ung; Điểm B có mức logic khi uđbd < ung. Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa u π/6 π 2π ωt uKA ωt uKB ωt uKC ωt ur π 2π ωt Hình 2.32: Giản đồ điện áp mạch phát sóng răng cưa 2.4.2.2. Khâu so sánh: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 40 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển được thời điểm xuất hiện của mỗi xung, ta sử dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thường có hai tín hiệu vào đó là điện áp tựa có dạng răng cưa (u r), điện áp điều khiển (uđk) là tín hiệu điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp u r và uđk được đưa vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều nhau, có hai cách nối ur và uđk trên đầu vào mạch so sánh như hình IIIa và hình IIIb. Hình 2.33a nối nối tiếp ur và uđk (tổng hợp nối tiếp) Hình 2.33b nối song song ur và uđk qua các điện trở tổng hợp(tổng hợp song song). Trong bản đề tài này, mạch điều khiển dùng khâu so sánh với sơ đồ sử dụng KĐTT, các tín hiệu đầu vào được tổng hợp song song gồm các tín hiệu điện áp đầu vào, sơ đồ nguyên lý như hình 2.33b. urc udk • • -ucc R 12 R -ucd• 11 ur R 10 Udk • +u - cc +IC1 • D • ur • • • Hình2.33a • +u • • D1 cc D2 IC + 2 hình 2.33b • u • ra • -u cc Nguyên lý làm việc của khâu so sánh Khâu so sánh gồm có 3 tín hiệu điện áp đưa đầu vào (đầu vào của KĐTT IC2 làm việc ở chế độ báo hoà) điện áp u đk là tín hiệu ra của mạch khuếch đại trung gian, được sử dụng mạch phát sóng răng cưa được làm điện áp tựa. Điện áp (-ucđ) là điện áp lấy trên điện trở mẫu (R m) do nguồn chỉnh lưu bên ngoài cung cấp điện áp. Trị số của (-ucđ) thoả mãn điệu kiện ucđ + ur = 0 tại thời điểm α = π/2 (tại uđk= 0). Khuếch đại thuật toán IC2 làm việc ở chế độ bão hoà, nghĩa là nó có thể biến đổi tức thì giá trị điện áp trên đầu ra của nó từ mức bão hoà âm sang dương hay từ mức bão hoà dương sang âm khi tín hiệu vào của nó đổi dấu. Vậy tổng đại số ucđ + ur so sánh với uđk sẽ có trường hợp sau khi. ur +ucđ < 0 → ura = uE > 0 (có mức bão hoà dương) GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 41 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp ur + ucđ + uđk = 0 → bắt đầu lật trạng thái ur + ucđ + uđk > 0 → ura < 0 (có mức bão hoà âm) Như vậy điện áp ra của mạch so sánh là dạng xung có hai mức bão hoà dương và bão hoà âm. Các xung điện áp này được đưa tới đầu vào của khâu tạo xung. u ωt 0 π π/6 2π π/2 ur ur ωt 0 π 2π Ucđ Ur+uđk ωt 0 Uđk+ucđ+ur ωt 0 ur ωt 0 α π 2π Hình 2.34: Giản đồ biểu diễn của khâu so sánh Chú ý: giản đồ trên biểu diễn chỉ định tính điện áp trong khâu so sánh nên ta lý tưởng hoá dạng dạng của điện áp răng cưa. 2.4.2.3. Khâu tạo xung: Để đảm bảo các yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau . Nên thường thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xảy ra nhỏ, do đó xung ra chưa đủ các GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 42 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 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. 2.4.2.3.1. Mạch sửa xung. Từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh. Ta thấy rằng khi giá trị của UĐK thay đổi để thay đổi góc mở α thì độ rộng xung ra thay đổi theo không bảo đảm yêu cầu công nghệ. Vì vậy ta sẽ đưa vào Hệ thống điều khiển một mạch điện có tác dụng đưa ra xung có độ dài không đổi mặc dù xung đầu vào thay đổi gọi là mạch sửa xung. Nguyên lý hoạt động : Giả thiết điện áp đặt vào như hình vẽ. + Tại thời điểm αt < t1 D khoá nên cực gốc của Tr có thế dương đặt vào nhờ có R2 định thiên Tr mở bão hoà. Sụt áp trên Tr rất nhỏ UTr≈ 0 do đó Ura≈0 .Tụ C được nạp theo đường: +UV →C →Tr→UV.Tụ C được nạp đầy đến giá trị Uc =UV. + Tại thời điểm αt =t1 có xung âm xuất hiện ở đầu vào tụ C phóng điện theo đường: +C→+UV→-UV→D→-C. Lúc này, cự gốc của Tr bị đặt điện áp ngược nên Tr khoá lại. Khi C phóng hết nhưng chưa đúng thời điểm mà đầu vào có xung dương xuất hiện để mở Tr nên Ura =0 . + Tại thời điểm ωt =t2 đầu vào xuất hiện xung dương quá trình lặp lại như ban đầu. Hình 2.35: Mạch khuếch đại xung GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 43 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 2.4.2.3.2. Mạch khuếch đại xung: Để khuếch đại công suất của xung +ucc d5 bax điều khiển, hiển nay phổ biến nhất là các g sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và d3 w1 d4 UTi Tranzitor. Bản thiết kế này sẽ sử dụng sơ w2 đồ mạch khuếch đại xung (KĐX) dùng k Tranzitor việc sử dụng Tranziror làm r 15 usx mạch KĐX là phổ biến và dễ dàng thực tr7 hiện. tr8 Tín hiệu đầu vào (usx) của mạch khuếch đại xung, là tín hiệu điện áp ở đồsử nguyên mạch xung đầu ra mạch chia xung gửi tới. Thiết Hình bị đầu2.36:sơ ra được dụng lý là hệ biến áp xung (BAX). Sơ đồ mạch khuếch đại xung sử dụng 2 Tranzitor ghép kiểu Darlingtơr (mắc nối tiếp hai Tranzitor). Hai Tranzitor Tr 7 và Tr8 mắc nối tiếp tương đương với môt 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 Tr7 và Tr8. *Chức năng của các phần tử trong sơ đồ như sau. + D3 là đi ốt có tác dụng giảm các dòng điện qua cuộn dây sơ cấp BAX (w1), làm xuất hiện xung điện áp âm trên cuộn w1điện áp âm này sẽ đặt cực thuận lên D3làm D3 thông. do vậy mà dòng sơ cấp máy biến áp xung lúc đó không giảm đột ngột mà vẫn được duy trì qua D 3, nên xung điện áp xuất hiện trên các cuộn dây cũng có giá trị nhỏ. +D4 là đi ốt cũng có tác dụng khép mạch xung âm như D 3 (như ở phía thứ cấp máy BAX). Vì xung âm ở w1 sẽ cảm ứng sang w2 sức điện động và sinh ra xung âm đặt cực thuận lên D4. +D5 là đi ốt có tác dụng ngăn xung âm có thể có tới cực điều khiển của Tiristor như các Tranzitor khác. + R15 là điện trở có tác dụng hạn chế xung áp đầu vào * Nguyên lý làm việc của sơ đồ: Tín hiện vào của mạch khuếch đại xung (usx) 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. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 44 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp + tbh: Thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn sơ cấp máy BAX (khi Tr7vảTr8 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. + Trong khoảng t = 0 ÷ t1 lúc này chưa có xung vào (usx=0) không có dòng chảy qua cuộn sơ cấp BAX (w 1) nên bên thứ cấp BAX không nhận được xung(UđkT = 0).Khi t = t1 bắt đầu xuất hiện xung vào (u sx > 0) làm cho Tr7 và Tr8 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 (w 2) của BAX 1 xung điện áp. Với cực tính của hai cuộn dây như ở hình trên thì xung xuất hiện bên w2 sẽ đặt cực thuận nên D5 và truyền qua D5 đến cực điều khiển (G) và katốt (K) của Tiristor. + Khi t = t1+txv=t2 (lúc này mạch từ chưa bão hoà), mất xung vào (u v=0) làm cho hai Tranzitor Tr7và Tr8 đồng thời khoá lại, thông qua w 1 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 w 2 điện áp đặt cực ngược lại (xung âm này cảm ứng sang w2 điện áp đặt cực ngược vào D 5 nên không có xung tới các cực của Tiristor tức là U đkT= 0 ).Khi đó xung này khép vòng qua D 4, năng lượng của nó sẽ tiêu tán lúc này nếu như không có D 3 và D5 thì dòng qua w1 giảm đột ngột gây đột biến từ thông BAX làm cho biên độ xung điện áp trên các cuộn dây rất lớn. 2.4.2.3.3. Thiết bị đầu ra:(mạch truyền xung ra đến Tiristor) 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. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 45 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp - 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. 2.4.2.3.4. 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 vậy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung đó ra. 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 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 (V A) 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 Tr3) trong nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá. Điểm F (VF) lấy trên Colectơ của Tr6 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 phần 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 u đbd . 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). GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 46 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 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. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển: Qua các phân tích với nguyên lý làm việc của từng khâu trong mạch điều khiển, từ đó rút ra nguyên lý làm việc của mạch. Tín hiệu đầu và của mạch điều khiển là các điện áp đồng bộ hoá và các nguồn điện một chiều cung cấp. Tín hiệu điện áp đồng bộ lấy ra ở thứ cấp của mạch biến áp đồng bộ (BAĐ) có tổ nối dây Y/ Y sơ đồ nối vào nguồn điện áp xoay chiều 380 v phía thứ cấp máy BAĐ là 3 pha điện áp hoàn toàn trùng pha với các pha điện áp nguồn xoay chiều cung cấp cho bộ chỉnh lưu. 3 pha điện áp động bộ đưa đến 3 kênh phát xung của mạch điều khiển (mỗi kênh ứng với 1 pha). Điện áp đồng bộ pha a uđba các kênh còn lại uđbb, uđbcđược biểu diễn tương tự. diện áp uđba được dịch chậm pha đi 1 góc 300 điện đưa đến đầu vào mạch tạo xung chữ nhật gồm các Tranzitor Tr1÷ Tr4. Tín hiệu điện tại các điểm A và B (lấy trên colectơr của Tr4 và Tr3) là các tín hiệu logic có các mức logic 0 và 1. Trong nửa chu kỳ dương của uđba thì điểm nhận mức logic 0 ở đàu và cuối nửa chu kỳ, có mức logic 1 ở các thời điểm còn lại còn điểm B luôn nhận mức logic 0. Tương tự trong nửa chu kỳ âm thì điểm A luôn có mức logic 0, còn điểm B có mức logic 0 và 1 các mức logic ở điểm A và B là tín hiệu vào của phẩn tử NOR (G1), như vậy tín hiệu ra của G 1 (điểm C) sẽ nhận các mức logic, mức logic 1 ở đầu và cuối các nửa chu kỳ điện áp đồng bộ và mức logic 0 ở các thời diểm khác nhau. Mức logic tại thời điểm C là tín hiệu đầu vào khống chế của mạch tích phân tạo điện áp răng cưa gồm IC 1 và IC2 và các điện trở chức năng. Khi điểm C có mức logic 0 thì Tranzitor khống chế (Tr 5) khoá, mạch tích phân làm việc và tụ C2 nạp điện tạo thành sườn trước tăng dần tuyến tính của điện áp răng cưa (tại điểm D) kết hợp với nguồn hỗ trợ (-u cd) và so sánh với điện áp điều khiển lấy ở đầu ra mạch khuếch đại trung gian (u ddk) làm tín hiệu đầu vào của mạch so sánh (dùng khuếch đại thuật toán IC 2). IC2 làm việc ở chế độ bão hoà nên đầu ra điểm E nhận 2 mức bão hoà âm và dương, tín hiệu điểm E là điện áp vào của mạch sửa xung và tách xung điều khiển. Khi uđk < ur+ucdthì điểm E có mức bão hòa dương, Tr 6 thông nhờ có định thiên R14, tụ C3 được nạp điện theo đường E → C3→ R13→ Tr6. Do Tr6 mở bão hoà nên điểm F (lấy trên colector Tr 6) có mức logic không, do đó GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 47 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp không có xung ở đầu ra của G2a và G3a (xp1 và xp2 có mức logic 0). Khi tổng đại sỗ ur+ucđ giảm đến ur+ucd=uđk và sau đó ur+ucd< uđk thì điểm E có mức bão hoà âm, lúc đó tụ C 3 phong điện làm cho phát gốc Tr 6 bị phân cực ngược nên Tr6 khoá và điểm F có mức logic 1. Theo các phân tích ở phần trước thì trong 1 chu kỳ của uđba, điểm F có 2 lần đặt mức logic 1 xuất hiện lệch nhau góc 1800 điện (ứng với hai nửa chu kỳ). vậy trong nửa chu kỳ dương, sau trị số góc mở α thì xp1a có mức logic 1 (nhận được xung xp 1a ra) trong nửa chu kỳ âm, sau góc α thì nhận được xung xp2a ra. Hai xung xpa và xp2a xuất hiện lệch nhau góc 1800 điện (có độ rộng đủ để mở Tirisror). Từ nguyên lý làm việc của một kênh điều khiển ta có thể suy ra là tín hiệu đầu ra của hai kênh điều khiển ứng với điện áp u đπ và uđbc là xp1b và xp2b và xp1c, xp2c từng cặp một cùng xuất hiện lệch nhau những góc 180 0 điện và có tính chất giống hệt nhau. Căn cứ vào tính chất của nguồn điện xoay chiều 3 pha đối xứng, ta có thể dễ dàng kết luận rằng: Với 3 kênh phát xung giống hệt nhau, trị số góc α bằng nhau thì các xung ra theo thứ tự xp 1a, xp2c, xp1b, xp2a,xp1c, xp2b, xung đứng sau xuất hiện lệch sau xung đứng trước (đứng kề trước) những góc độ điện bằng 2π/6=π/3. Như vậy 6 xung này đảm bảo thoả mãn để điều khiển 6 Tiristor trong sơ đồ chỉng lưu cầu 3 pha đối xứng, hoạt động theo đúng quy luật yêu cầu. Các xung này được truyền đến các mạch khuếch đại xung và mạch đầu ra truyền xung đến các Tirisror. 2.4.3. Mạch tạo thời gian trễ. Do hệ thống có chế độ đảo chiều liên tục khi làm việc. Nên khi phát lệnh đảo chiều quay thì phải có một thời gian trễ(τ) để các van của bộ biến đổi khôi phục đặc tính khoá của nó thì mới cho bộ biến đổi kia làm việc. Để tạo khoảng thời gian trễ này ta sẽ sử dụng mạch tạo thời gian trễ. Sơ đồ nguyên lý khối logic và mạch mạch tạo thời gian trễ như hình 2.37 Giới thiệu sơ đồ:Các Tranzitor quang PT 1T, PT2T, PT3T, để kiểm tra của bộ biến đổi thuận (HI). Các Tranzitor quang PT1N, PT2N, PT3N để kiểm tra dòng của bộ ngược G1T, G2T và G!N, G2N là các phần tử logic ''và'' (AND) chức năng để tổng hợp các tín hiệu logic được phản ánh trên các Tranzitor quang có các mức logic 1 và mức logic 0. Tín hiệu đầu ra của mạch G 1T, G2T là i1 còn tín hiệu đầu ra của mạch G1N, G2N là i2 các tín hiệu logic của dòng điện (i1,i2) cùng với tín hiệu chủ đạo ucđ lấy từ mạch khuếch đại trung gian được đưa tới đầu vào GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 48 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp của mạch logic gồm có các phần tử logic Từ G 1÷G9 là các phần tử NOT, AND, OR và NOR. Mạch có sử dụng phần tử lật trạng thái là Flip - Flop (RS) nhận tín hiệu đầu vào ở cổng R va s (là tín hiệu ra của G 4, G5). Sơ đồ và bảng trạng thái của phần tử Flip - Flop (RS) như sau S o R Q o Q Sơ đồ mạch S Q S R Qn+1 Qn+1 R Q 0 0 Qn Qn 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 kd kd ký hiệu Bảng 2.37: bảng trạng thái của phần tử Flip - Flop (RS) Mạch tạo thơi gian trễ gồm có tụ điện C 1, C2, các Tranzitor Tr1, Tr2, các điện trở chức năng. Có hai mạch tạo thời gian trễ phục vụ cho việc đảo chiều như hình 2.38 Phân tích mạch một: Khi tín hiệu ra G6 là (b1*) có mức logic một thì tụ C được nạp điện theo: b*1→ C1→ R11→ Tr1 làm cho Tr1 mở và điện thế trên Coletor Tr1 (điểm T1) có mức logic 0. Khi tụ C 1 nạp đầy thì nó giữ nguyên mức điện thế trên các bản cực. Khi b1* có mức logic 0 thì Tụ C1 phóng theo đường: +C1 → R12 → D1 → -C1. Như vậy vẫn đặt mức logic 1 đến đầu vào G 8 (Giống như b1* =1). Thời gian trễ của mạch chính là thời gian phóng của tụ τ = C1 .R12 .ln2 . Muốn điều chỉnh thời gian trễ τ thì có thể điều chỉnh 1 trong 2 đại lượng C1 và R12. Với mạch trễ này đảm bảo cho G 8 chưa thay đổi ngay mức logic ở đầu ra trước khoảng thời gian trễ τ (tức là khi C1 chưa phóng hết điện). 2.4.4. Mạch khuếch đại trung gian. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 49 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Mạch khuếch đại trung gian là mạch điện để tạo ra tín hiệu điện áp điều khiển (uđk) gởi tới mạch điều khiển. Điện áp u đk 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 và có khả năng điều khiển đảo chiều quay của động cơ. Việc đảo chiều quay của động cơ (đảo chiều dòng điện phần ứng động cơ) được thực hiện bằng cách đảo chiều tín hiệu đầu vào (ucđ) của mạch khuếch đại trung gian. 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. 2.4.5. Mạch vòng tự động điều chỉnh tốc độ. Mạch vòng tự động điều chỉnh tốc độ có chức năng giữ ổn định tốc độ của động cơ trong 1 vùng giới hạn giá trị đã đặt. Sơ đồ nguyên lý của mạch như hình vẽ 2.39. Trong đó (-γn) là tín hiệu phản hồi âm tốc tốc độ được lấy qua mạch phần ứng của máy phát tốc (FT) 1 chiều. Mạch sử dụng các vi mạch khuếch đại thuật toán IC 1, IC2, IC3, kết hợp các đi ốt, điện trở chức năng tạo thành các khâu khuếch đại. R5 R4 Ucđ R1 +ucc R2 CI D2 + 1 γn D1 CI + 2 D3 R3 D5 -ucc R8 -ucc +ucc D4 R6 CI3 + +ucc R7 D6 -ucc Hình 2.39 Sơ đồ nguyên lý của mạch vòng tự động điều chỉnh tốc độ Tín hiệu đặt (ucđ) kết hợp với tín hiệu phản hồi âm tốc độ (-γn) đưa tới đấu vào đảo của khuếch đại thuật toán IC 1. Ở chế độ xác lập thì ucđ và γn luôn ngược cực tính. Khi làm việc với chiều quay thuận thì IC 1 kết hợp với IC2 làm việc ở chế độ khuếch đại còn ở chiều quay ngược thì IC 1 kết hợp với IC3 làm việc ở chế độ khuếch đại. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 50 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Đối với chiều quay thuân của động cơ (u cđ >0) , thì tín hiệu đầu ra IC 1 là urIC1 = - k1(ucđ - γn) và với chiều quay ngược (ucđ < 0 ), tín hiệu đầu ra của IC1 là urIC1 = - k1(-ucđ - γn). Tín hiệu ra của IC 1 là tín hiệu vào của IC 2 hoặc IC3. Ngoài ra tín hiệu ở đây (u'cđ = un) được đưa tới mạch khống chế logic và tạo trễ tín hiệu. Các điốt D3 và D4 có tác dụng để khống chế sự làm việc không đồng thời của IC2 và IC3. Ở chiều quay thuận ucđ > 0, khống chế sao cho u cđ- γn >0 dẫn đến un1 < 0 sẽ thông mạch D3 tới đầu vào IC2 , ở chiều quay ngược thì ngược lại (un1 > 0) nên thông mạch qua D4 tới đầu vào IC3.Các khuếch đại thuật toán IC2 và IC3 cùng có thể có hệ số khuếch đại bằng k 2 nên ta có điện áp ra của mạch tự động ổn định tốc độ có trị số phụ thuộc vào các hệ số khuếch đại: k1, k2. urn = -k1.(-k2).(ucđ - γn) đối với chiều quay thuận. urn =-k1 .k2.(-ucđ - γn) đối với chiều quay ngược. Như vậy đối với mạch thiết kế như trên ta có urn >0 trong cả 2 chiều quay thuận và ngược, nó sẽ được tổng hợp với tín hiệu phản hồi âm dòng có ngắt để lấy ra tín hiêu điều khiển. 2.4.6. Mạch vòng tự động hạn chế dòng điện có ngắt: Sử dụng mạch vòng này có tác dụng để hạn chế sự gia tăng lớn quá mức cho phép của dòng điện mạch phần ứng động cơ. • R11 βI • -u • m R10 R12 • +ucc R9 D7 IC4 •-u cc R13 Hình 2.40: Mạch vòng tự động hạn chế tốc độ GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 51 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   wr4 −β Iu -um ic4 + -uc c +uc c r3 1 -uc c ic6 + +uc c d5 9 r3 7 u® k - + tr1 0 r6 0 -uc c d60 d5 8 +ucc ic5 + -uc c d55 r3 6 r3 4 d54 r3 5 d5 2 d56 d57 r3 3 d5 3 ic3 + -uc c r3 2 +uc c d51 r3 0 d50 r2 9 −β Ing wr5 + uc c r2 8 r3 4 γn -r3 8 Nguyên lý làm việc của mạch vòng tự đông hạn chế dòng điện có ngắt: Tín hiệu phản hòi âm dòng điện(βI) được lấy ra thông qua máy biến dòng (TI) rồi chuyển ra dạng tương đương là điện áp 1 chiều thông qua mach chỉnh lưu không điều khiển cầu 3 pha. Lấy ra trị số βI > 0 đem so sánh với một lượng đặt (-um). Hiệu số điện áp ∆u= βI-um là tín hiệu đầu vào đảo của khuếch đai thuật toán IC4. Khuếch đại thuật toán IC4 làm việc ở chế độ khuếch đại. Tín hiệu đầu ra của IC4 được tổng hợp với tín hiệu ra của mạch vòng tự động ổn định tốc độ qua đi ốt D7 mắc như hình vẽ có tác dụng Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Uc® ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Hình 2.41: Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại trungtham gian gia vào mạch khi dòng điện giảm nhỏ ngăn không cho khâu ngắt dòng (∆u < 0) mà chỉ cho tác động khi dòng tăng lớn hơn mức ngưỡng(∆u=βI-um > 0 ). Như vậy mạch vòng này chỉ có tác dụng để hạn chế sợ tăng quá mức của dòng điện chỡng không có tác dụng vào mạch khi hệ thống làm ổn định. 2.4.7. Nguyên lý tự động ổn định tốc độ và hạn chế dòng đi GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 52 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Xét cho một chiều quay của động cơ (giả sử chiều quay thuận) còn trường hợp ứng với chiều quay ngược của động cơ được suy ra tương tự. * Khảo sát ở chế độ xác lập. Giả sử động cơ đang làm việc ổn định ở 1 tốc độ nào đó tương ứng với điện áp chủ đạo: ucđ = uđ nào đó. + Nếu vì lý do nào đó tốc độ của động cơ tăng (n↑) làm cho lượng phản hồi γn tăng, dẫn đến lượng (uđ - γn) giảm làm cho urn giảm, có nghĩa là làm cho điện áp điều khiển (uđk) giảm tác động tác động vào khâu so sánh kéo theo góc điều khiển α tăng. Kết quả là ud = ud0.cosα giảm do đó tốc độ của động cơ được giảm xuống đến giá trị ổn định ban đầu. + Nếu vì lý do nào đó tốc độ của động cơ giảm xuống (n↓), làm cho lượng phản hồi γn tăng, dẫn đến lượng (uđ- γn) tăng, nên urn tăng, kéo theo điện áp điều khiển (uđk) tác động vào khâu so sánh tăng nên α giảm. Kết quả là ud = ud0.cosα tăng do đó tốc độ của động tăng lên đến tốc độ ổn định đã đặt. Vậy ở chế độ xác lập của hệ thống của hệ thống thì mạch vòng tự động ổn định tốc độ của hệ thống có tác dụng giữ ổn định tốc độ cho động cơ ở một giá trị đặt nào đó. Còn đối với mạch vòng tự động hạn chế dòng điện có tác động còn phụ thuộc vào trị số dòng điện phần ứng động cơ. * Khảo sát ở chế độ thay đổi tốc độ. Giả sử xét quá trình khởi động động cơ. do có sự thay đổi nhanh của điện áp chủ đạo (ucđ) mà γn thì chưa kịp thay đổi theo do quán tính cơ lớn, nên sai lệch đầu vào của mạch vòng điều chỉnh tốc độ (u đ-γn) lớn, điểm làm việc của khâu tự động điều chỉnh tốc đọ ở sâu trong vùng bão hoà nên trị số u rn lớn nhất. Cũng đồng thời lúc này dòng điện phần ứng động cơ rất lớn, nó tác động vào mạch vòng hạn chế dòng. uđk= urnmax-β (Iư-Ing) Chính vì nhờ có mạch vòng hạn chế dòng này mà dòng điện phần ứng động cơ được ghìm ở một giá trị giới hạn. Vì khi dòng điện phần ứng động cơ càng tăng mạnh thì theo biểu thức trên u dk càng giảm làm cho góc điều khiển α càng tăng do đó điện áp chỉnh lưu giảm, dòng điện phần ứng giảm. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 53 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ. 3.1. 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 máy bào giường 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. 3.2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC: 3.2. Động cơ điện: 1. Dựa vào công nghệ cắt gọt, mômen cắt gọt lớn nhất, chế độ làm việc của động cơ. Động cơ truyền động cho máy bào giường được chọn với các thông số sau. STT Tên Giá trị 1 Công suất của động cơ Pdc=55 (KW) 2 Điện áp định mức mạch phần ứng Uđm= 380 (V) 3 Tốc độ định mức của động cơ nđm=1500 (v/p) 4 Hiệu suất η =85% 5 Dòng điện kích từ định mức Iktđm = 7,54 (A) 6 Số mạch nhánh song song αa = 4 7 Điện áp kích từ định mức Uktđm = 1,66 (KW) Bảng 3.1 Thông số chọn động cơ truyền động cho máy bào giường 7212 Theo đề tài, động cơ là một chiều và công suất là 55 kW. Đây là công suất cơ trên trục động cơ. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 54 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Công suất điện mà động cơ lấy từ lưới là: P® = p c¬ η trong đó η là hiệu suất động cơ và chọn bằng 0,85. Vậy Pd = pco 55 = = 65(kW ) η 0,85 Do vậy ta tính được điện dòng điện định mức chạy trong phần ứng động cơ là: P® 65000 = 171A Iđm= = U ®m 380 3.2.2. Tính chọn các Tiristor mạch cung cấp điện áp phần ứng: 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 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 K đt =1,8÷2 chọn Kđt = 1.8 Kung: Giá trị điện áp ngược thường Kung =1,2 ÷ 1,5 chọn Kung = 1,3 Ungmax: giá trị điện áp ngược 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+Itbttv =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. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 55 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   U d = U do cosα = 3 6 .U 2 . cosα π Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Để tính U2 ta lấy giá trị cực đại của điện áp chỉnh lưu. U d = U do = U dm = U 3 6 .U 2 = 2,34.U 2 ⇒ U 2 = dm π 2,34 Trong đó giá trị điện áp thứ cấp máy biến áp (U 2) cần phải quan tâm đến các hệ số. - Hệ số xét đến khả năng sụt áp của điện áp lưới, thường lấy Ku=1,01 - Hệ số xét đến khả năng sụt áp trên điện trở MBA vàn trên các van (Kr), thường lấy Kr= 1,05 U 2 = K u .K r . U dm 380 = 1, 01.1, 05. ≈ 172(V ) 2,34 2, 34 Ungmax= 6 .U2 = 6 .172 =421.3 (V) Từ đó ta có điều kiện chọn van Ungmax. Kung= 421,3.1.3 =548(V) Tính dòng điện chỉnh lưu theo dòng điện định mức của động cơ. Id = Iđm = 171 (A) Từ đó tính được : IT = I d I dm 171 = = = 57( A) 3 3 3 [Itb] ≥ Kđt .It ≥ 1,8.57 = 102.6 (A) Từ các số liệu [Itb] , Ungmax Ta chọn được Tiristor do hãng Thomson chế tạo ( sách ĐTCS tr-38 Nguyễn Bính) Mã hiệu DK 13 I (A) 130 Ungmax Ih (KV) (A) Iđk Uđk (A) (V) 0,2-1,2 0,2 0,15 2 di/dt (A/µ s) di/dt (V/µ s) 200 200 Bảng 3.2: Thông số chọn Tiristor do hãng Thomson 3.2.3. Tính chọn cuộn kháng san bằng: Cuộn kháng san bằng chính là cuộn KH, nó 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 GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 56 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp cao. Chỉ tiêu của bộ lọc san bằng (K sb). 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 K sb = Kv Kr Trong đó: Kv hệ số xung ở đầu vào. Giá trị của K v phụ thuộc vào số đôi chỉnh lưu. 2 U K v = U1mv = 2 dv mx − 1 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 mx = 6 Ku = 0,057 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 yêu cầu của phụ tải quyết định Kr = U (1) mr Ud 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 ⇒ K sb = K u 5, 7 = = 2, 28 K r 2,5 Giá trị điện cảm của cuộn kháng lọc. Lkh = U dm rT 380 . K sb 2 − 1 = . 2, 282 − 1 = 0, 0024( H )  Lkh = mx .ω mx .ω.I dm 6.2π .50.171 Tính cuộn kháng: chọn lõi thép cuộn kháng hình chữ E. chiều rộng trục giữa của lõi thép: a = 2, 6 4 Lkh .I 2 d = 2, 6. 4 0, 0024.1712 = 7.5(cm) . Phương pháp tính lõi thép không theo kích thước chuẩn, ta nên dưa vào các hệ số phú. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 57 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 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 nghiệm 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 .7,5 = 18,75 (cm) c= n.a = 0,5 .7,5 =3,75(cm) ` b= n.a =1,3.7,5 = 9,75(cm) Tiết diện trụ giữa lõi thép q = b.a = k.a2 =1,3.7,52 =73,2(cm2) l = 2(1+0,5+2,5).7,5 = 60(cm) Hệ số phụ để tính số vòng dây của cuộn kháng M= lkh .I d2 0, 0024.1712 = 0.016 = q.l 73, 2.60 Qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc giữa từ thẩm (µ) và chiều rộng khe hở không khí lõi thép ( Lkh % ) vào hệ số phụ (M) tra hình II -56/83.(ĐTCSL) được M = 62, Lkk % =1,9. Chiều dài khe hở không khí: Lkheho =2.0,05.Lkk%.l = 2. 0,05. 1,9. 60= 11,4 Số vòng dây quận kháng W =10. Lkh .l 0, 0024.60 = 104. = 50(vong ) 1, 26.µ 1, 26.62.73, 2 Chọn mật độ dòng điện dây dẫn J = 4,5(A/mm) Đường dây quấn cuộn kháng: d = 1,13. Id 171 = 1,13. = 7( mm) J 4,5 Kiểm tra hệ số lấp đầy cửa sổ theo biểu thức K ld = 8.10−3. w.d 2 50.7 2 ≤ 0,35 ⇒ K ld = 8.10−3. = 0, 28 c.h 3, 75.18, 75 Vậy Klđ=0,28 γ =   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp ET U H + I H .RH 4 + 0,01.100 = = = 0,00333 . nH nH 1500 3.2.7. Tính điện trở bão hào. Khi muốn dừng hệ thống, ta cắt động cơ ra khỏi nguồn điện, lúc này có thể hãm động cơ bằng phương pháp hãm động năng dựa vào mạch điện trở RH (gọi là điện trở hãm) toàn bộ năng lượng mạch phần ứng sẽ được khép mạch qua RH và tiêu tán trên RH. Tuỳ theo giá trị của RH mà thời gian hãm nhanh hay chậm, khi đó quận kích từ vẫn được cấp điện. Tại thời điểm ban đầu hãm thì tốc độ của động cơ vẫn đang ở tốc độ ω và ta có Ehd = K.φ.ωhd = Ed = - Uđm. U dm 380 Dòng điện hãm ban đầu là: Ihd = R + R = 0,0227 + R u H H Nếu RH càng nhỏ thì đặc tính càng cứng mô men hãm càng lớn và thời gian hãm càng nhanh, tuy nhiên qua nghiên cứu thực tế thì cần phải hạn chế sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép: Ihđ ≤ (2 ÷ 2,5)Iđm chọn Ihđ = 2,2Iđm. 380 vậy 2,2.171 = 0,0227 + R ⇒ RH = 1Ω H Vậy chọn RH = 1 Ω 3.2.8.Tính chọn áptômát. Áptômát (AB) được sử dụng để bảo vệ sự cố ngắn mạch hoặc quá tải có thể xảy 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 cho hệ thống: Ta sử dụng attômát ( ATM ) tác động nhanh . *Điều kiện chọn : + UATMđm≥ Umạng = 380 V. + IATM đm≥ ILVmax= Kqt. Ki.Kd.Iđm. Kqt=1,1÷1,25 Hệ số quá tải Chọn Kqt=1,25. Ki=0,427 Hệ số phụ thuộc sơ đồ. Kd= 1,01 Hệ số dự trữ. IATM đm≥ 1,25.0.427.1,01.171 = 96 (A) Từ kết quả tính ở trên ta chọn được áptômát có các thông số kỹ thuật sau: Chọn Aptomat DZ10-100/330TH do Trung Quốc sản xuất đã được nhiệt đới hóa có các thống số sau dòng điện định mức 100A, điện áp 220V một chiều hoặc 500v xoay chiều. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 62 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Aptomat loại dòng điện định mức điện áp định mức DZ10-100/330TH 100A một chiều xoay chiều 220V 500v Bảng 3.4: Thông số chọn Aptomat 3.2.9. Tính toán mạch phần ứng. RΣ = α .(Rư + Rkh..Rtx)  Điện trở mạch phần ứng:  α: Là hệ số trong điều kiện làm việc 250C và 750C chọn α = 1,2 Rtx: Điện trở tiếp xúc, thường lấy ∆Utx = 2,7 (V). ⇒ Rtx = 2,7 = 0,016(Ω) 171  Rư ; RKH: Điện trở phần ứng động cơ và điện trở cuộn kháng lọc RΣ = 1,2.(0,0227 + 0,01 + 0,016) = 0,058 (Ω).  Điện cảm mạch phần ứng: LΣ = Lư + LKH = 6,534 + 24 = 30,534 (mH) = 0,031 (H). 3.3. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHUẾCH ĐẠI TRUNG GIAN: 3.3.1. Tính toán mạch khuếch đại trung gian: *. Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau: Trong đó: Uv = Ucđ - γn Uđk1= Uv.KTG GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 63 §¹t –Líp §iÖn 1A Uđk = Uđk1 - β(Iư - Ing) SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 EBĐ = KBĐ. Uđk Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Uư = EBĐ - Iư.R∑ n = Uư.KĐ Từ đó ta có: n = {[( Ucđ - γn). KTG - β(Iư - Ing)]. KBĐ - Iư.R∑}. KĐ ⇒n= U cd . K TG . K BD .K D − β(I u − I ng ).K BD .K D − I u . R Σ .K D 1 + γ .K TG .K BD . K D Khi hệ làm việc ổn định thì khâu phản hồi âm dòng có ngắt không tham gia nên: β(Iư - Ing) = 0 Gọi K = KTG. KBĐ. KĐ là hệ số khuyếch đại của hệ thống. ⇒n= U cd .K − I u .R Σ .K D 1 + γ .K Ta có: ∆n = St%.n0min n 0 min = n dm min 1 − St ; n dm min = n dm D ⇒ n o min = (1 − S t ).ndm ⇒ ∆n = S t .n dm ( 1 − S t )D D Mặt khác: ∆n = ⇒K= I u .R Σ .K D 1 + γK ⇒ S t .n dm I .R .K = u Σ D (1 − S t )D 1 + γ .K I u .R Σ .K D .( 1 − S t ).D − S t .n dm γ .S t .n dm Với: R∑ = Rư + RCK + RBA RBA = ∆U BA 4%U 2 dm 0, 04.172 = = =≈ 0, 05(Ω) I 2 dm I 2 dm 140 Rư = 0,0227 (Ω) RCK = 0,0115 (Ω) ⇒ R∑ = 0,0227 + 0,0115 + 0,05 = 0,0842(Ω) γ = 0,00333: Hệ số phản hồi máy phát tốc. St =5% = 0,05: Sai lệch tĩnh của hệ thống. nđm = 1500: Tốc độ định mức của dộng cơ. D = 40 : Dải điều chỉnh tốc độ. K= I u .RΣ .K D (1 − St ) D − St .ndm 171.0, 0842.7,31(1 − 0, 05).40 − 0, 05.1500 = = 15713,84 γ .St .ndm 0.00333.0, 05.1500 Vậy hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại trung gian: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 64 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Kγ =   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp K 15713,84 = = 98,6 K BD .K D 21,8.7,31 3.3.2. Tính chọn các thiết bị mạch điều khiển. 3.3.2.1. 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: T x = 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). 3.3.2.2. Tính chọn tầng khuếch đại cuối cùng. Tầng khuếch đại xung sử dụn các Tranzitor ngược mắc theo cầu Dalingtor chọn dựa theo thông số của các biến áp xung: u 1=20 (v), I1=I2=0,21 (A). Tranzitor Tr1= làm việc ở chế độ xung, chọn loại π605 có các thông số kỹ thuật sau. VCE= 40 (v), ICmax = 1,5(A), β =20÷ 40, Pm= 3(w), tmax = 850c Ta chọn 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 Mπ25 có các thông số kỹ thuật sau. VCE=40 (v), ICmax= 300(mA), β =13÷ 25, chọn Tr2 có hệ số β =15. 3.3.2.3. 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 Y/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). 3.3.2.4. 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). GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 65 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 3.3.2.5. 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 ở phần trước đã trình bầy. Tụ tạo điện áp răng cưa trong mạch tích phân C =4,7 µF (v). 3.3.2.6. Các phần tử logic trong các mạch. Mạch logics 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) NOT: Dùng loại 4019 nguồn nuôi VCC=3 ÷15 (v) OR: Dùng loại 4071 nguồn nuôi VCC=3 ÷15 (v) 3.3.2.7. Các Tranzitor quang (photo quang ). Các Tranzitor quang được sử dụng để laays tín hiệu kiểm tra các dòng điện trong sơ đồ chỉnh lưu. Chọn loạiN35 theo kinh nghiệm sử dụng thì dòng đi qua điốt quang có các cường độ I D=70 ÷ 100 (mA). Thì Tranzitor quang mới bão hòa (Tranzitor quang làm việc ở chế độ bão hòa là tốt nhất) GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 66 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT CHỄ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG 4.1. KHẢO SÁT CHẾ ĐỘ TĨNH CỦA HỆ THỐNG: 4.1.1. 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 chế độ tĩnh của hệ thống máy bào giường được thực hiện thông qua việc xây dựng đặc tính của hệ thống. Xây dựng đặc tính của hệ thống là xây dựng mối 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 tính 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. 4.1.2. Xây dựng đặc tính tĩnh. Căn cứ vào hệ thống thiết kế ta có sơ đồ cấu trúc như sau. I ud (-) k k y k u - π kδ n I γ I ng Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống Trong đó: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 67 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp uđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo) ky:Hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại trung gian kπ: Hệ số khuếch đại của bộ biến đổi kδ: Hệ số khuếch đại của động cơ một chiều kI: Hệ số khuếch đại của mạch phản hồi dòng điện. * Phương trình đặc tính cơ của hệ thống. ta có ud =((ud-γn ).ky - kI (Iư - Ing )). kπ (1) U d − I u .R∑ Mặt khác lại có n = trong đó CeΦ =ke mà 1/ ke = kδ cuối Ceφ cùng được n=(ud - Iư.RΣ ). kδ ⇒ ud= n + I U .R∑ (2) kδ Cân bằng hai biểu thức (1) và (2) ta được n + I U .R∑ =[( uđ - γn).ky -kI (Iư-Ing)]. kδ kδ ⇔ n={[( uđ - γn).ky -kI (Iư-Ing)].kπ -Iư .RΣ }. kδ u d .k + k I .I ng .kπ .kδ − I u ( k I .kπ + R ) ∑ n= .kδ 1 + γ . k ⇔ Khi khâu hạn chế dòng chưa tác động thì kI = 0 ta đặt kI = kI . 1(∆I) Khi ∆I > 0 thì 1(∆I) . kI = kI Khi ∆I > thì 1(∆I) . kI = 0 ud .k + kI 1(∆I ).I ng .kπ .kδ − Iu (k I .kπ + R ) ∑ .k n= δ 1+ γ .k ⇔ - Tính hệ số khuếch đại của động cơ: Kδ = ndm 1 1 1500 = = = = 4, 075 \ K e Ceφdm U dm − α ( Ru + RKH + Rtx ) I dm 380 − 1, 2.0, 058.171 - Tính Ky: Ky = K 15713,84 = = 76,96 K Π K δ 50,167.4, 075 Ing: Dòng điện hỗ trợ trong mạch hạn chế dòng có ngắt. Trị số của I ng đúng bằng trị số của dòng mà tại đó khâu hạn chế bắt đầu tham gia vào mạch. 4.1.2.1. Xây dựng đường đặc tính cao nhất: GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 68 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Ta biết rằng tốc độ lớn nhất của động cơ thường được giới hạn bởi độ bền cơ học của phần tở 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. 4.1.2.1.1. 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 tác động ∆I < 0 nên 1(∆I).kI = 0. Phương trình đặc tính: n = ⇒ ud = u d .k − I u .R .kδ ∑ 1 + γ .k (I) n(1 + γ .k ) + I u .R∑ .kδ k Đường đặc tính cao nhất đi qua điểm định mức (Iđm, nđm) nên ta tính được. ud = 1500(1 + 0, 00333.15713,84) + 171.0, 058.4, 075 = 5, 092(v ) 15713,84 + Tốc độ không tải lý tưởng (điển ứng với giá trị Iư = 0) n01 = 5, 092.15713,84 = 1500, 5(v / p) 1 + 0, 00333.15713,84 +Tốc độ ứng với điểm cuối cùng của đoạn đặc tính (n 1) 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 tăng của dòng điện. Vậy đặt I ng=1,2Iđm = 1,2.171 = 205,2 (A). Thay Iư =Ing vào biểu thức (I)ta xác định tốc độ n1. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 69 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 n1 = Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp 5, 092.15713,84 − 205, 2.0, 058.4, 075 = 1499,91(v / p ) 1 + 0, 00333.15713,84 Vậy đoạn đặc tính thứ nhất đi qua các điểm A(0 ; 1500,5) Đm(171; 1500) B(205,2; 1499,91) 4.1.2.1.2. 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 ud .k + kI .I ng .kπ .kδ − Iu (kI .kπ + R ) ∑ .k n= δ 1+ γ .k (II) ⇔ Đoạn đặc tính thứ hai này đi qua 2 điểm đầu và cuối là B và C trong đó điểm B(205,2, 1499,91) đã xác định ở trên 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. (uđ-γn).ky = const ⇒ nc = nbh Do sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán µA74 có Umr=14 (v) nên điện áp răng cưa có biên độ cực đại là 14(v). khi sử dụng điện áp tựa này, ta đã tiến hành dịch nó đi theo chiều âm của điện áp so sánh cho trị số = 0 khi α =π/2, vị trí này đặt được tại u rc =urcmax/2=7 (v). Vậy ta điều chỉnh triết áp sao cho Ubh=urcmax/2 =7 (vì phép so sánh chỉ thực hiện với uđkmax) = urcmax/2). +Tốc độ bão hoà (nbh) có (uđ-γnbh). ky =ubh ⇒ nbh = ud − γ ubh ky 7 20,515 = 1426.67(v / p ) 0, 00333 5, 092 − = 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: I ng =(1,2÷1,5)Iđm và đến khi Iư =(2,2÷ 2,5)Iđm thì hệ thống cần dừng làm việc (dòng dừng Id). Chọn Ing = 1,2Iđm =1,2.171=205,2 (A) Id = 2,3Iđm = 2,3.171 =393,3 (A) Khi tính kI ta xét sự tác động độc lập của mạch vòng hạn chế dòng điện. Vậy ta có GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 70 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp n = [ubh - kI (Iư -Ing )]. kπ .kδ - Iư .RΣ . kδ Tại điểm dừng: n = 0, Iư = Id ta được 0 = n = [ubh - kI (Iư -Ing )]. kπ .kδ - Iư .RΣ . kδ ubh .kπ kδ − I d .R .kδ 7.50,167.4,075 − 393,3.0,058.4,075 ∑ ⇔ kI = = = 0,0348 ( I d − I ng ).kπ .kδ (393,3 − 205.2).50,167.4,075 Tại điểm C: Iư = Ibh ta được nbh = [ubh - kI (Iư -Ing )]. kπ .kδ - Iư .RΣ . kδ ⇔ I bh = I bh = [U bh − K I ( I bh − I ng )].Kπ .Kδ − R .Kδ ∑ R .Kδ + K I .Kπ .Kδ ∑ 7.50,167 + 0, 0384.205, 2.50,167 = 190,87( A) 2.50,167.0, 0384 + 0, 058 Vậy đoạn đặc tính thứ hai đi qua 2 điểm: B(205,2; 1499,91) C(190,87; 1426,67) 4.1.2.1.3. Xây dựng đoạn đặc tính thứ 3: 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 Phương trình đặc tính: n = [ubh - kI (Iư -Ing )]. kπ .kδ - Iư .RΣ . kδ Đoạn đặc tính này đi qua hai điểm là điểm C(190,87; 1499,91)và điểm dừng của động cơ Đ(Id, 0). Tính lại trị số dòng dừng Id tại điểm dừng 0 = n = [ubh - kI (Iư -Ing )]. kπ .kδ - Iư .RΣ . kδ Id = (U bh + K I .I ng ).Kπ R + K I .K π ∑ = (7 + 0, 0348.205, 2).50,167 = 393,3( A) 0, 058 + 0, 0348.50,167 Vậy đoạn đặc tính này sẽ đi qua hai điểm đó là C(190,87 ;1426,67) và Đ(393,3 ; 0) 4.1.2.2. Xây dựng đường đặc tính thấp nhất: Đường đặc tính thấp nhất là đường giới hạn dưới trong phạm vi điều chỉnh D = 40 GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 71 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Điểm ứng với trị số dòng định mức nmin = ndm 1500 = = 37,5(v / p) D 40 4.1.2.2.1. Xây dựng đoạn đặc tính thứ nhất: Trị số điện áp chủ đạo nhỏ nhất: nmin (1 + γ .K ) + I dm .R .Kδ ∑ K 37,5(1 + 0,00333.15713,84) + 171.0,058.2, 444 = = 0,1288 15713,84 U d min = Tốc độ không tải lý tưởng: n0min = U dm .K 15713,84.0,1288 = = 37,953(v / p) 1 + γ .K 1 + 0,00333.15713,84 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 I B' =Ing = 205,2 n ' B= U d min .K − I ng .R .Kδ 0,1288.15713,84 − 205,2.0,058.2,44 ∑ = = 37,41(v / p) 1 + γ .Kδ 1 + 0,00333.15713,84 Đoạn đặc tính thứ nhất này đi qua các điểm A'(0; 37,953) Đm' (171; 37,5 ) B'(205,2; 37,41) Đoạn đặc tính cũng có thể xây dựng bằng cách qua các điểm (171; 37,5) dùng đoạn song song với đoạn đặc tính trên đường cao nhất. 4.1.2.2.2.Xây xựng đoạn đặc tính thứ hai: Theo các phần tử ở trên phần trước ta có. + Tốc độ bão hoà. U bh 7 − U dm − 0,1288 Kπ 50,167 nbh = = = 3,224(v / p) γ 0,00333 + Dòng điện. ' Ibh ' Ibh = ' (U bh + K I .I ng ).Kπ .Kδ − nbh = ( R + K I .Kπ ).kδ ∑ (7 + 0,0348.205,2).50,1`67.2,44 − 71,536 = 376,4( A) (0,058 + 0,0348.50,167).2, 44 GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 72 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Đoạn đặc tính thứ hai của đường đặc tính thấp nhất này đi qua hai điểm đầu và cuối. B'(205,2; 37,41) C'(376,4; 3,224) 4.1.2.2.3. Đoạn đặc tính thứ 3. Căn cứ vào phương trình đặc tính (III) nhận thấy rằng các thông số của phương trình là chung cho mọi đường đặc tính. Vậy các đường đặc tính có chung điểm dừng (Id; 0). Thay các thông số của điểm C '(376,4; 3,224) vào phương trình (III) 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. 3. Biểu diễn các đường đặc tính cơ điện như sau. n (v/p) n (1500,5) 01 n (1500) ®m n (1499,91) 1 n (1426,67) bh I (A) n 0min (37,41) n (3,224) bh I ®m Ing Ibh Id Hình 4.2: Đặc tính cơ điện ứng với chiều quay thuận của động cơ. Ghi chú: Đặc tính chỉ biểu diễn dạng đặc tính nên tỷ lệ là không chính xác. 4.2. KIỂM TRA CHẾ ĐỘ TĨNH: Sai lệch tốc độ tương đối lớn nhất sảy ra đối với đường đặc tính thấp nhất. Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đối với đường giới hạn dưới. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 73 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 ∆n% = Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp n0min − nmin 37,953 − 37,5 .100% = .100 = 1,194(%) n0 min 37,953 Theo yêu cầu của hệ thống thấy rằng: ∆n%=1,194% < [∆n%] =5%. Hệ thống đảm bảo chất lượng tính. 4.3. XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 4.3.1.Đặt vấn đề Các dao động có thể được loại trừ hay giới hạn trong một phạm vi cho phép như hệ thống được tổng hợp các bộ điều chỉnh.Việc tổng hợp các bộ điều chỉnh sẽ được tiến hành bằng cách tạo ra các hàm hiệu chỉ R cho các hiệu chỉnh,sao cho nó bù được nhữnh khâu có quán tính lớn. Khâu hiệu chỉnh có thể đưa hệ thống từ chưa ổn định sang ổn định hoặc nếu hệ thống ổn định rồi thì càng nâng cao hơn nữa tính chất ổn định của hệ thống. Trong thực tế thì do khi thay đổi hệ số khuếch đại sẽ làm thay đổi sai lệch tính Sx mà không làm giảm bớt dao động, do đó phải dùng thêm khâu hiệu chỉnh. Hệ thống ta đang xét cố yêu cầu về độ sai lệch tĩnh nhỏ, đọ dự trữ ổn định cần thiết. Do đó ta đưa vào hệ thống một khâu hiệu chỉnh và giữ nguyên cấu trúc của hệ thống.Để tính toán xác định khâu hiệu chỉnh phù hợp,tiến hành tổng hợp hệ thống theo phương thức modull tối ưu. Hàm chuẩn của tiêu chuẩn modul tối ưu 1 FMC (P) = 1 + 2ℑδ P + 2ℑδ P 2 Cần tìm hàm hiệu chỉnh R để cho hai truyền hệ kín sau hiệu chỉnh có dạng hàm chuẩn FMC (P). 4.3.2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện như sau E RI Kcl (1+ Tdk p).(1 + Tvo p) 1 / Ru 1 + Tp I KI 1+ T0 p GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 74 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Hình 4.3: Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện. Tổng hợp không xét đến ảnh hưởng của sức điện động. Ta có hàm truyền của mạch dòng điện (đối tượng điều chỉnh ) như sau S 01 = K cl 1 / Ru K cl .K I / Ru K . . I = (1 + Tdk )(1 + Tv 0 p) 1 + Tu p 1 + Ti p (1 + Tdk )(1 + Tv 0 p).(1 + Tu p ).(1 + Ti p) Các hằng số thời gian: mạch điều khiển chỉnh lưu (T đk), sự chuyền mạch chỉnh lưu (Tv0) và hằng số thời gian sensor dòng điện(Ti) là rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ (Tư).Đặt Ts=Tđk+Tv0+Ti . Trong phép tổng hợp này không xét đến các hằng số T i và Tđk nên Ts= Tv0. Vây hàm truyền của đối tượng điều chỉnh K cl .K I S 01 = Ru (TS p + 1).(Tu p + 1) Theo tiêu chuẩn mô đun tối ưu, hàm hiệu chỉnh R. đẻ cho hàm truyền hệ kín sau khi hiệu chỉnh có dạng hàm chậm FMC(P) ta có FMC ( P ) R.S 0 FMC ( P ) = ⇒R= 1 + R.S 0 S 0 (1 − FMC ( P ) Với FMC ( P ) = R= 1 ta được hàm hiệu chỉnh R như sau 1 + 2τ δ + 2τ δ2 . p 2 1 1 + 2τ δ + 2τ δ2 . p 2 1 1 + 2τ δ p + 2τ δ2 1 1 R= = = 1 S 0 .(2τ δ p + 2τ δ2 ) S 0 .2τ s p (τ δ p + 1) S 0 (1 − 1 + 2τ δ p + 2τ δ2 ) Áp dụng vào mạch ta được 1 1 RI ( P ) = = S 01 .2τ δ p(τ δ p + 1) K cl .K I .2τ δ p(τ δ p + 1) Ru .(1 + TS p)(Tu p + 1) Để bù hằng số thời gian lớn, chọn R I(P) là khâu tích phân, tỷ lệ(PI) chọn τS = TS. Vậy hàm truyền của khâu hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 75 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 RI ( P ) = Tu p + 1 K cl .K I .2.TS p Ru ⇒ RI ( P ) = Ucđ Ui Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp R1 2,879 p + 1 2,879 p + 1 = 50,167.0, 0348 0,508 p .2.0, 0033 p 0, 0227 RHT C +15v µA741 + R1 Uđk -15v Đây là hàm truyền của khâu PI. Ta có 1,586 p + 1 1,586 p + 1 2,879 p + 1 RI ( P ) = RI ( P ) = = .0,152 0,508 p 0,1976 p 1,586 p Như vậy các thông số của khâu PI chon theo điều kiện sau R2.C = τR = 0,03 R2/R1 = KR = 0,152 Hàm truyền của mạch vòng dòng điện sau khi đã hiệu chỉnh I (P) 1 1 1 1 = . = . 2 2 U id ( P ) R 2TS p(1 + TS P ) +1 K I 2TS .P + 2.TS p + 1 Gần đúng có thể bỏ qua lượng rất nhỏ TS 2= 0,00332 ta được I ( P) 1 1 = . U id ( P ) K I 2TS P + 1 4.3.3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ. Lấy kết quả mạch vòng dòng điện ở trên ta có sơ đồ cấu trúc của mạch vòng tốc độ như sau. Tω là hằng số thời gian của xen xơ tốc độ, không xét đến khi không tải MC =0 ta có hàm truyền của mạch vòng tốc độ như sau kω /1+TM p U ω® HCD Uω - Rω GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang - 76 §¹t –Líp §iÖn 1A 1/kφ SVTK: NguyÔn Quang   ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011 Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng tốc độ. S 0ω = Ru R .K 1 1 . .K ω = u ω . K I (1 + 2TS P ) K φ .TM p K I .K φ TM P (1 + 2.π .P ) Theo tiêu chuẩn mô đun tối ưu, hiệu chỉnh R ω để cho hàm truyền của hệ thống sau khi hiệu chỉnh có dạng hàm chuẩn F MC(P) với phương pháp diễn giải như phần trước ta xác định được hàm truyền của khâu hiệu chỉnh R ω như sau. Rω = 1 Ru .K ω 1 . .2τ δ P (τ δ P + 1) K I .K φ .TM P (1 + 2TS P) Chọn Rω là hàm truyền của khâu tỷ lệ Ucđ Ui RHT R1 C +15v µA741 + R1 Uđk -15v vậy τδ =2TS ta được Rω = K I .Kϕ .TM Ru .Kω .2.2TS = K I .Kϕ .TM Ru .Kω .4.TS = 0, 0348.2,395.0, 00583 = 50, 676 0, 0227.0, 032.0, 0033.4 Đây là hàm truyền của khâu tỷ lệ (P) . Hàm truyền của khâu tỷ lệ cũng là hệ số khuyếch đại của khâu KP= R2/R1 Ta đã có mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại K Y= 76,96. Vậy cần phải tăng hệ số khuếch đại của mạch lên đến giá trị KP = 142,742 GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 77 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp CHƯƠNG 5 THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Sơ đồ nguyên lý của hệ thông điều chỉnh tự động của hệ thống máy bào giường như sau. 5.1. Khởi động hệ thống: Để cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thì đóng aptomat AB sau khi đó đóng nguồn cung cấp cho mạch kích từ của động cơ rồi mới đóng các tiếp điểm của khởi động từ k 1, k2 để cung cấp cho các sơ đồ chỉnh lưu mạch động lực, cho mạch điều khiển và cho các mạch nguồn nuôi. Điều khiển cho động cơ quay theo chiều thuận hay ngược bằng tín hiệu điện áp chủ đạo (ucđ). Khi muốn cho động cơ quay theo chiều thuận thì điện áp chủ đạo dương, thực hiện bằng điều khiển khống chế đóng tiếp điểm thuận T (đồng thời tiếp điểm ngược N mở). Ngược lại khi muốn động cơ quay theo chiều ngược thì đóng tiếp điểm N (đồng thời T mở), lấy ra điện áp âm. Điện áp chủ đạo lấy trên triết áp Rđ. Trong quá trình khởi động hệ thống, nhất thiết phải cung cấp nguồn điện cho cuộn kích từ độc lập của động cơ trước tiên. Vì nếu như phần ứng động cơ đã được cấp điện mà chưa có nguồn kích từ thì động cơ sẽ rơi vào tình trạng ngắn mạch. 5.2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ: Muốn điều chỉnh tốc độ của động cơ, thì điều chỉnh trị số điện áp chủ đạo (tín hiệu điện áp đặt tốc độ) đưa tới đầu vào của mạch khuếch đại trung gian. Khi điện áp chủ đạo thay đổi sẽ làm cho điện áp điều khiển thay đổi, dẫn đến thay đổi thời điểm phát xung điều khiển đến các cực điều khiển của Tiristor, nghĩa là làm thay đổi góc mở của Tiristor. Kết quả là điện áp đặt vào GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 78 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp mạch phần ứng động cơ thay đổi và như vậy tốc độ động cơ thay đổi. Giả sử muốn tăng tốc độ động cơ thì ta tăng biên độ của điện áp chủ đạo (tín hiệu điện áp đặt tốc độ uđ), làm cho điện áp điều khiển uđk= (uđ-γ n)ky tăng → góc điều khiển giảm, điện áp chỉnh lưu tăng dẫn đến điện áp đặt vào phần ứng động cơ tăng, kết quả là tăng tốc độ của động cơ. Ngược lại muốn giảm tốc độ của động cơ thì giảm điện áp chủ đạo → uđk giảm → góc điều khiển α tăng, là cho điện áp chỉnh lưu (ud) giảm, kết quả tốc độ của động cơ giảm. 5.3. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ: Khi tốc độ của động cơ trong chiều quay thuận (hoặc quay ngược) tăng đến mức ngưỡng của khối điều khiển tốc độ thì khối này bắt đầu tác động vào hệ thống điều khiển tự động. Giả sử động cơ đang làm việc ở một tốc độ đặt nào đó ứng với tín hiệu điện áp chủ đạo (uđ). Nếu vì một lý do nào đó làm cho tốc độ của động cơ thay đổi (chẳng hạn sự thay đổi của mômen tải) lúc này mạch phản hồi âm tốc độ tác động làm cho lượng γn thay đổi theo bù lại sự thay đổi của tốc độ, kéo tốc độ về vị trí ổn định. Nếu vì lý do nào đó tốc độ động cơ tăng dẫn đến γn tăng, trong khi đó uđ không đổi →uđ- γn giảm → uđk =(uđ - γn).ky giảm (lúc này khâu hạn chế dòng điện chưa tác động), uđk giảm → góc điểu khiển α tăng → điện áp chỉnh lưu ud giảm → tốc độ động cơ n giảm. Nếu vì một lý do nào đó n giảm → γn giảm → (uđ-γn) tăng → α giảm → ud tăng. kết quả là tốc độ n tăng đến giá trị ban đầu. Như vậy tốc độ động cơ luôn được giữ ổn định trong vùng giới hạn cho phép xung quanh giá tri đặt. 5.4. Nguyên lý hạn chế dòng điện: Mạch vòng hạn chế dòng điện chỉ tác động khi dòng điện chạy trong mạch phần ứng của động cơ tăng lớn hơn trị số dòng điện cho phép (I ng). Còn khi hệ thống đang làm việc ổn định thì mạch hạn chế dòng điện không tác động. Giả sử động cơ đang làm việc với trị số điện áp chủ đạo nào đó. Nếu vì 1 lý do nào đó (chẳng hạn sự tăng quá mức của phụ tải) làm cho dòng điện mạch phần ứng của động cơ tăng (I ư), kéo theo dòng điện nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu tăng, như vậy tín hiệu phản hồi âm dòng lấy trên máy biến dòng TI tăng lớn hơn mức cho phép (tín hiệu này tỷ lệ với dòng GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 79 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp điện phần ứng động cơ). Khi dòng phần ứng I ư > Ing thì ∆I.KI >0 tác động đến đàu vào cộng đảo của khuếch đai thuật toán IC 6, tín hiệu đầu ra IC 6 có trị số âm sẽ thông mạch qua đi ốt D7 làm rẽ mạch điện áp điều khiển, tức là giảm bớt điện áp điều khiển: u đk= ky(uđ-γn )-kI(Iư-Ing) dẫn đến điện áp chỉnh lưu (u d) giảm kéo theo dòng điện Id giảm. Khi dòng điện phần ứng tăn lớn thì mạch hạn chế dòng điện sextacs động ngắt dòng làm cho tốc độ động cơ giảm nhanh về không. Khi tốc độ động cơ n đủ nhỏ làm cho điện áp mạch tổng hợp ổn định tốc độ đặt đến bão hoà: ky = (uđ-γn)=ubh nên chỉ có khâu ngắt dòng tác động, dòng điện phần ứng được ghìm ở tri số dòng điện dừng. 5.5. Nguyên lý đảo chiều: Với sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết kế, hai bộ biến đổi được khống chế độc lập. Vì vậy chiều quay của động cơ được quyết định bởi điện áp chủ đạo thông qua tín hiệu mạch khoá logic. Muốn đảo chiều động cơ ta đảo chiều điện áp chủ đạo uđ làm thay đổi các mức tín hiệu logic khống chế ở khối logic và tạo chế tín hiệu. Khi có lệnh đảo chiều, lúc đó mạch logic và mạch tạo trễ tín hiệu sẽ cho xung điều khiển thực hiện việc đảo chiều. Giả sử động cơ đang quay theo chiều thuận ta đảo chiều cho động cơ cho động cơ quay sang chiều ngược , lúc đó tín hiệu mạch logic sẽ cắt xung ở bộ chỉnh lưu làm việc theo chiều quay thuận và sau một thừi gian trễ đủ để các Tiristor phục hồi đặc tính khoá thì cấp xung mở bộ chỉnh lưu làm viẹc cho chiều quay ngược của động cơ. Ngược lại việc đảo chiều quay động cơ từ chiều quay ngược sang chièu quay thuận cũng tiến trình như trên. Đảo cực tính điện áp chủ đạo, lúc đó tín hiệu mạch logic sẽ khống cắt xung mở bộ biến đổi ngược và cấp xung mở bộ biến đổi thuạn (sau khoảng thời gian trễ). Khi thực hiện việc đảo chiều, lúc này từ thông động cơ vẫn là định mức và động cơ có sức điện động theo chiều cũ và sẽ xảy ra quá trình trả năng lượng về lưới thông qua bộ biến đổi sau (giả sử đảo chiều quay thuận sang chiều quay ngược thì năng lượng về lưới qua bộ biến đổi làm việc cho chiều quay ngược). Như vậy sẽ sảy ra hãm tái sinh ở đây Mômen hãm làm cho tốc độ động cơ giảm nhanh về không, rồi sau đó động cơ được khởi động theo chiều quay ngược lại. 5.6. Dừng hệ thống: Để tiễn hành dừng hệ thống thì tiến hành dừng động cơ rồi sau đó lần lượt cắt nguồn ra khỏi mạch động lực, mạch điều khiển và mạch kích từ. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 80 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang ThiÕt kÕ ®å ¸n tèt nghiÖp 2011   Trêng §H Kinh tÕ Kü thuËt c«ng nghiÖp Tiến hành dừng động cơ, ấn nút dừng D ở mạch khống chế, cắt nguồn ra khỏi động cơ, đồng thời đưa điện trở hãm R H vào mạch phần ứng để thực hiện hãm động năng. Đồng thời song song với quá trình này cũng cắt nguồn khỏi mạch điều khiển và mạch các nguồn nuôi. Khi động cơ dừng thì cắt nguồn kích từ và cắt aptômat để cắt an toàn bộ hệ thống ra khỏi nguồn cung cấp. Cần phải lưu ý rằng với động cơ điện một chiều thì không được cắt nguồn kích từ trong khi mạch phần ứng vẫn còn có nguồn cung cấp. GVHD:T.h..s Hoµng ThÞ Thu Giang 81 §¹t –Líp §iÖn 1A SVTK: NguyÔn Quang [...]...Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp Nhng, vic ch to rt phc tp, gp nhiu khú khn, thng ch to mỏy cú cụng sut trung bỡnh v ln, giỏ thnh cao c bit l quỏ trỡnh iu chnh tc l rt khú khn, luụn luụn cn cú b bin... sut ln ngi ta thng dựng ng c kớch t c lp cú th iu chnh dũng in kớch thớch c thun tin hn do ú GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 11 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp m iu chnh tc d dng v kinh t hn mc dự nú ũi hi cú dũng bờn ngoi Hỡnh 2.2: ng c mt chiu kớch t c lp Hỡnh 2.3: ng c tớnh c ca ng c mt chiu kớch t c lp Do c im ú nờn chỳng... vi iu chnh tc ph thuc vo nhiu yu t nh bn c khớ ca phn ng hay rụto ca ng c kh nng chuyn mch ca GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 12 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp vnh gúp duy trỡ tc t khi cú dao ng ph ti tnh trờn trc ng c Cú c tớnh c cng mụ men m mỏy ln phự hp vi h truyn ng, n nh tc cao, di iu chnh rng, mụ men ng c khụng ph thuc... cu thay i tc theo ph ti thỡ khụng nờn s dng loi ng c ny -Tc cng gim thỡ cng c tớnh c cng tng GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 13 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp -in tr ph cng tng thỡ c tớnh c cng mm -Loi ng c ny cú kh nng quỏ ti v mụ men nh kớch t ni tip do ú vựng I > Im thỡ mụ men tng nhanh hn s tng ca dũng do ú nú cú kh nng... c im riờng phự hp vi tng loa ph ti, giỏ thnh v mụi trng lm vic riờng Cn c vo yờu cu cụng ngh ca GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 14 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp mỏy bo ging ta chn ng c mt chiu kớch t c lp lm ng c truyn ng vỡ nú cú c tớnh c cng, n nh tc cao, di iu chnh rng, phự hp vi yờu cu cụng ngh ca mỏy bo ging 2.2.2 Chn... ng ta s c: + Tc khụng ti lý tng: = U dm = const . (. ) 2 + cng c tớnh c: = = var Ru + R f GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 15 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp - Ta thy khi Rf cng ln ( cng nh) c tớnh c cng dc Do vy phng phỏp ny ch cho phộp gim tc bng cỏch tng in tr mch phn ng - Trong thc t, khi thờm in tr ph vo mch phn ng... nờn cụng sut tn hao ớt õy l u im ni bt ca ng c in mt chiu (kớch t c lp ) so vi cỏc loi ng c khỏc GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 16 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp + Phng phỏp ny chu nh hng ca hin tng t d v cỏc nhiu, lm nh hng xu n cht lng ca cỏc h truyn ng o chiu bng kớch t + Khi gim t thụng tng tc quay ca ng c thỡ ng thi iu... thay i in ỏp t vo phn ng ng c, ta c mt GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang M (N.m) Hỡnh2.11: c tớnh c ca ng c khi gim in ỏp phn ng 17 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp h c tớnh c song song vi c tớnh c t nhiờn v cú cng c tớnh c l khụng i, trong ú ng c tớnh c t nhiờn l l c tớnh c lỳc vn hnh ch nh mc (in ỏp, tn s, t thụng t giỏ tr nh... F cú c tớnh c in y trong 4 gúc phn t: Trong ú: - Gúc phn t th nht v ba lm vic trong ch ng c GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 18 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp - Gúc phn t th hai v bn lm vic trong ch hóm Phng trỡnh c tớnh c: + = U u Ru R2f M . (.) Hỡnh 2.12: S nguyờn lý h thng F- - u im ca h F- : + Chuyn i trng thỏi lm vic... thay th bng h iu ỏp dựng b bin i van - ng lc 2.2.3.2 H truyn ng xung ỏp - ng c in mt chiu (XA ) GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang 19 Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp H XA - s dng b bin i iu chnh tc ng c in mt chiu Hỡnh 2.13: c tớnh c ca h F- - Cu to: Gm cú b ngun ỏp mt chiu v b khoỏ iu khin - c im: + Cú van m it 0 ( mc song song ...Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp khong dch chuyn ln nht ca cỏc trt l 300 mm, gúc quay giỏ l ... GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp - Khong cỏch gia hai trc ng 1350 (mm) - Khong cỏch mt bn v dm... GVHD:T.h s Hoàng Thị Thu Giang Đạt Lớp Điện 1A SVTK: Nguyễn Quang Thiết kế đồ án tốt nghiệp 2011 Trờng ĐH Kinh tế Kỹ thuật công nghiệp Quỏ trỡnh ct gt ch xy hnh trỡnh thun cũn hnh trỡnh ngc l hnh