Đang tải... (xem toàn văn)
LUẬN VĂN THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T - Đ
THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II CHƯƠNG II BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU TIRISTOR Các biến đổi điện áp dịng điện Trong ngành cơng nghiệp thiết bị máy móc sử dụng lượng điện dạng khác Trong khuôn khổ đồ án chình bày kỹ thuật biến đổi dạng điện Biến lượng điện xoay chiều công nghiệp hay máy phát điện xoay chiều sẵn có thành lượng điện chiều muốn có phương pháp chỉnh lưu Dạng biến đổi dùng rộng rãi dạng biến đổi lượng điện Ngồi thực tế người ta cịn sử dụng trình biến đổi lượng điện khác - Kỹ thuật nghịch lưu - Kỹ thuật biến tần Trong hệ truyển động chiều Nguồn cung cấp thường biến đồi (BBĐ) chỉnh lưu điều khiển Việc chọn BBĐ phù hợp với yêu cầu công nghệ tối ưu kinh tế việc quan trọng Vì chương ta phân tích chỉnh lưu Tiristor để chọn lựa sơ đồ phù hợp thiết kế mạch điều khiển I./ KHÁI NIỆM CHUNG Bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải chiều, nghĩa đổi điện áp xoay chiều nguồn thành điện áp chiều phụ tải Điện áp chiều tải không lý tưởng điện áp ắc quy mà có chứa thành phần xoay chiều với chiều Đầu sơ đồ chỉnh lưu cọi chiều thực điện áp đập mạch Trị số điện áp chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng chúng nguồn xoay chiều khác Bộ biến đổi Tiristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dịng điện) chiều thiết bị biến nguồn điện xoay chiều pha thành điện áp chiều điều khiển Hoạt động mạch nguồn điện xoay chiều định nhờ mà thực chuyển mạch dòng điện phần tử lực Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố: Các chỉnh lưu chia làm hai loại: chỉnh lưu nửa chu kỳ gọi chỉnh lưu nửa sóng; chỉnh lưu hai nửa chu kỳ cịn gọi chỉnh lưu tồn sóng - Theo kiểu van sử dụng có: Chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển - Theo sơ đồ đấu có: Sơ đồ hình tia có nhóm van đấu chung (Anốt) Katốt; Sơ đồ hình cầu dùng kết hợp hai nhóm - Theo số pha nguồn có: Sơ đồ pha, sơ đồ pha, sơ đồ pha, m pha 22 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II - Như sơ đồ cầu có số van lần số van sơ đồ hình tia có số pha nguồn Dạng áp dụng tải xác định nhờ luật mở van nhóm anốt (Katốt) chung Đối với chỉnh lưu điều khiển dùng van Tiristor phải vào góc mở X tính chất tải Nhìn chung dạng điện áp tải nhấp nhô không phẳng Độ đập mạch nhỏ số lần đập mạch tăng Nếu gọi số lần đập mạch chu kỳ điện áp nguồn P số pha nguồn cấp m ta có nhận xét: - Sơ đồ tia có: P = m - Sơ đồ cầu có: P = 2m - Dùng sơ đồ cầu pha có P = m điện áp tổng cộng pha hình sin tần số Như để nhận dạng điện áp tải có tốc độ đập mạch thấp sơ đồ chỉnh lưu pha tốt - Sử dụng điện áp 3fa thuận tiện có cơng suất tải lớn - Dạng điện áp dùng điện tải đập mạch, vấn đề lọc đơn giản, rẻ tiền Tuy nhiên sơ đồ có ưu nhược điểm riêng Để chọn sơ đồ chỉnh lưu thích hợp ta xem xét loại sơ đồ chỉnh lưu II./ CÁC BỘ CHỈNH LƯU DÙNG TRONG HỆ T - Đ Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ UT1 I1 Ig1 T1 I3 Ig3 T3 U1 U2 N U Tải UL U Ig4 I4 Ig32 T4 T2 I2 Hình II – 1: Chỉnh lưu pha hai nửa chu kỳ 23 Tải điện cảm THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II U1 U2 Umax UL Điện áp tải so với điểm trung bình Điện áp tải so với điểm trung bình t α α 0 Các xung môi cực điều khiển t Ux Uy Điện áp tải Vtb t θ = ωt t Dòng điện tải t Dòng điện qua tirista 0 Dòng điện nguồn t Vmax = Đỉnh điện áp thuận t Ux Vmax = Đỉnh điện áp ngược Hình 1I-1: Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển dạng sóng Bộ chỉnh lưu điều khiển biểu diễn hình II-4 dùng toàn tiristor Trước lúc mồi tiristor chưa dẫn điện để có dịng điện tải cần mở đồng thời tiristor I1 T2, tương tự mở đồng thời tiristor T3 T4 nửa chu kỳ sau Phải dùng mạch mồi đồng thời cho tiristor T1 T2 Máy biến áp xung có hai đầu cách ly, catốt tiristor có điện khác mạch công suất Điện áp tải giống điện áp mô tả chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, trị số trung bình là: 24 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II U tb = π π +α ∫U α max sin θdθ = 2U max cos α trừ hai điện áp rơi tiristor π Phương trình khơng dùng dịng điện tải khơng liên tục Cực điều khiển đèn tiristor Mạch Catốt Cực điều khiển đèn tiristor Catốt Hình 11-2: Sơ đồ nối đầu mạch điều khiển 2- Sơ đồ chỉnh lưu tia pha Va T1 G1 Vb T2 G2 Vc T3 G3 Id R 25 E L THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II α Ud θ Id θ Id 0 IT θ IT2 θ IT3 θ Đối với sơ đồ tia pha: Giá trị trung bình điện áp tải: Ud = U2 Cosα 2π dịng trung bình qua van: Iv = Id/3, số lần đập mạch điện áp chỉnh lưu : P = 3; công suất máy biến áp: Sba = 1,34Pd 2-Bộ chỉnh lưu cầu pha : Ở mạch người thiết kế sử dụng chỉnh lưu cầu pha có điều khiển mắc theo sơ đồ cầu pha đối xứng biểu diễn (hình III-3) bao gồm thyristor chia thành nhóm + Nhóm anơt chung gồm T2, T4, T6 + Nhóm catơt chung gồm T1, T3, T5 T1 T3 T5 ea eb ec L R T4 26 T6 T2 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II α U0 ea π/6 α eb 5π/6 α α α ec ea 13π/6 9π/6 ωt α α (Hình II-3) : Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha dạng điện áp tải Nguyên lý làm việc sơ đồ cầu sau : Ở khoảng π/6 ; π/3 sức điện động ea > eb > ec điện điểm UA > UC > UB + Với nhóm Ktơt chung có điện dương cao nên có xung điều khiển với sóc mở α T1 mở ( thơng ).Khi T1 mở T3 T5 bị khố bị phân cực ngược + Về nhóm anơt chung T6 có điện âm nên có xung điều khiển với góc mở α => T6 mở => T6 dẫn làm cho T2 T4 khố phân cực ngược => khoảng π/6 ÷ π/3 T1 T6 dẫn dòng Nguồn T1 phụ tải T6 Nguồn Ở khoảng 3π/6 ÷ 5π/6 sức điện động Ca > Cb >Cc -Với nhóm Ktốt chung T1 dương cao nên dẫn T3 T5 bị phân cực ngược nên bị khố -Với nhóm Anơt chung T2 Ktơt âm thấp nên có xung điều khiển T2 dẫn, T4 T6 phân cực ngược nên bị khố lại => dịng điện dẫn từ nguồn đến tải qua T1 T2 Khoảng 5π/6 ÷ 7π/6 lúc eb > ea > ec -Với nhóm Ktơt chung T3 Anơt dương cao nên có xung điều khiển T3 bị dẫn Khi T3 dẫn làm cho T1 dẫn bị khố lại -Với nhóm anốt chung T2 Ktơt âm nên dẫn dịng, cịn T4 T6 bị khố lại phân cực ngược Dòng điện phụ tải dẫn từ nguồn đến tải qua T3 T2 xét tương tự khoảng (7π/6 ÷ 9π/6)( 9π/6 ÷ 11π/6)…ta có kết tồn q trình làm việc mạch chỉnh lưu cầu pha đối xứng sau : Khoảng Thyristor mở Các thy dẫn 27 Chiều dòng điện Điện áp phụ tải THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II π/6 ÷3π/6 T1 T1 T6 A tải B ea - eb 3π/6 ÷ 5π/6 T2 T1 T6 A tải C e a - ec 5π/6 ÷ 7π/6 T3 T3 T2 B tải C e b - ec 7π/6 ÷ 9π/6 T4 T3 T4 B t ải A e b - ea 9π/6 ÷ 11π/6 T5 T5 T4 C tải A e c - ea 11π/6 ÷13π/6 T6 T6 T6 C tải B e c - eb Giá trị biểu thức : Giá trị tức thời điện áp phụ tải : U0=VP -VN Giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu n0 = 2π E sin θ dθ = π E cos α = 2,34 E cos α Hoặc U0 = Ud1-Ud2 Ud1 = giá trị trung bình Ud1 nhóm Ktốt chung tạo nên Ud2 = giá trị trung bình Ud2 nhóm Anốt chung tạo nên U dl = 2π E sin θ dθ = − E cos α 2π 6 E sin (θ + 2π ).dθ = − E cos α 2π 2π Điện áp ngược đặt nên thyristor có giá trị cực đại : Ungượcmax = √6E2 = 2,45E2 + Xét trường hợp trùng dẫn ta có sơ đồ dạng điện áp tải hình vẽ III U dl = T1 T3 T5 ea eb ec L R α µ ea e T4b Uo T6 ec T2 ea eb + e c eb + e c ωt 2π 28 ec + e a THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II HìnhII-4 + Chỉnh lưu cầu pha có tượng dây dẫn + Dây điện áp ngược đặt lên T1 Trong thời gian xẩy tượng trùng dẫn điện áp phụ tải bị giảm nên điện áp chỉnh lưu trung bình nhỏ so với trường hợp cảm kháng nguồn không Lng = ΔU γ = 3ωLng I π Điện áp trung bình U’0 = π E cos α − Δ U γ Điện áp ngắn mạch Uc = Ub-Ua = Dong điện ngắn mạch IC = E sin (θ + α ) 6E2 (cos α − cos (θ + α )) 2XC Sơ đồ chỉnh lưu pha dùng cuộn kháng cân Đối với sơ đồ pha dùng cuộn kháng cân bằng: - Điện áp chỉnh lưu tải: Ud = U d1 + U d U = Cosα 2π - Dòng điện trung bình qua van Iv = Id/6 - Số lần đập mạch điện áp chỉnh lưu P = - Công suất máy biến áp: P = 1,26Pd Nhận xét: Đối với sơ đồ có số lần đập mạch điện áp chỉnh lưu Song công suất máy biến áp dùng với sơ đồ chỉnh lưu cần có cơng suất nhỏ máy biến áp dùng với sơ đồ pha 29 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II - Dịng điện trung bình qua van sơ đồ cầu: Id/3 sơ đồ pha Id/6 Do làm việc khả tải dùng van sơ đồ pha cao Nên không đảm bảo làm việc Kết luận: Dùng sơ đồ cầu pha để điều khiển thay đổi giá trị điện áp Ud cách thay đổi điện áp điều khiển Udk dùng hệ thống truyền động T - Đ kinh tế đảm bảo độ xác, an tồn làm việc III MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỞ TIRISTOR Mạch diều khiển phần mạch quan trọng chỉnh lưu điều khiển xung mở van phát theo trật tự định Quy lưuật hoạt động mạch điều khiển xác định loại chỉnh lưu (đảo chiều, không dảo chiều, ) đặc tính phụ tải Thường có 02 phương pháp xung mở Tiristor: - Phương pháp đồng với lưới - Phương pháp không đồng với lưới Trong phương pháp khơng đồng thường dùng mạch phản hồi kín Các xung điều khiển phát tiếng cho pha ta hệ thống nhiều kênh Hoặc xung phát cách làm trễ xung ta có hệ thống kênh Trong thực tế truyền động điện hay dùng hệ thống nhiều kênh đồng Trong việc đồng thực nhờ việc đồng hoá điện áp tựa với điện áp lưới Điện áp tựa thường có dạng cưa quét ngược hình sin - Chức hệ thống điều khiển Chức hệ thống điều khiển tạo xung đủ để mở Tiristor Muốn xung phải đảm bảo yêu cầu sau: - Các xung phát phải có cơng suất đủ lớn - Các xung phát phải có đủ độ rộng hình dáng phù hợp - Các xung phải đưa đến cực điều khiển van theo trình tự định xung phải có độ dốc sờn trước để đảm bảo mở xác Và đặc điểm quan trọng thay đổi thời điểm đưa xung đến để mở Tiristor hay gọi thay đổi góc α Trong việc điều khiển thiết bị chỉnh lưu việc tạo thời điểm cho xung mở thyristor khâu quan trọng Thyristor thường mở theo hai nguyên tắc +Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính +Nguyên tắc thẳnh đứng ARCCOS A-Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (ARCCOS) Theo nguyên tắc người ta dùng hai điện áp - Điện áp đồng Ur vượt trước điện áp A-K thyristor góc π/2 (nếu UAK = A sin ωt Ur = B cos ωt ) - Điện áp điều khiển UC điện áp chiều, điều chỉnh biên độ theo hai hướng ( dương âm ) 30 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Ur UC Ur ωt uc α (Ur+uc) Hình IV – : Đồ thị điện áp theo phương pháp điều khiển ARCCOS Trên hình IV- ta thấy đường nét đứt điện áp A-K thyristor Từ điện áp người ta tạo Ur Tổng đại số Ur + UC = ta nhận xung đầu khâu so sánh UC + B cos α = Do : α = arc ( − Uc B ) Khi ta lấy B = UCmax Khi UC = α = π/2 UC = UCmax α = π UC = - UCmax α = Như UC biến thiên từ - UCmax + UCmax α - biến thiên từ đến π + Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS sử dụng thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính theo nguyên tắc người ta dùng điện áp + Điện áp đồng (Ur có dạng cưa ) đồng với điện áp A-K thyristor + Điện áp điều khiển (UC điện áp chiều ) điều chỉnh biên độ Uc Ur Ur Ur+Uc Uc α 31α ωt THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II CHƯƠNG IV: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN I MẠCH LỰC Thông số động - Công suất : KW - Dòng điện phần ứng : 6A - Điện áp phần ứng : 220V-1 chiều - Điện áp kích từ : 220V-1 chiều - Tốc độ định mức : 3000 vòng/phút A B C BA T4 T1 R C C T3 R T6 C C T5 R R R T2 C C ĐC MF 57 R THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Sơ đồ mạch lực biến đổi - Phương pháp điều chỉnh tốc độ: Thay đổi điện áp phần ứng động - Cấu trúc điều chỉnh: Sử dụng mạch vòng tốc độ dòng điện - Cấu trúc biến đổi: Sử dụng Tiristor mắc theo sơ đồ cầu chỉnh lưu pha - Mạch bảo vệ có chức bảo vệ hoàn chỉnh gồm: + Bảo vệ dịng + Bảo vệ từ thơng + Bảo vệ pha - Nguồn điện sử dụng: Nguồn pha x 380v tần số 50 HZ I.1.TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 1Tính tốn chọn van tirstor a./ Điện áp - Máy biến áp đầu vào có cơng suất kiểu biến khoảng: P = 1,045pđ = x 220 x 1,045VA - Vậy dự kiến tổn thất điện áp thành phần điện trở biến áp 10%, thành phần điện kháng 2%, sụt áp van 3V - Từ biểu thức: γ1Ud0cosαmin= γ2Eưđm + ΣΔUV + Iưmax Rư + Δ"γmax + ΔUr Trong đó: Ud0 : Là điện áp không tải chỉnh lưu γ1: hệ số tính đến suy giảm điện áp lưới : 0,95 γ2: Hệ số dự trữ máy biến áp γ2 = 1,04 ÷1,06 αmin: Góc điều khiển cực tiểu sơ đồ không đảo chiều αmin= Iưmax : Dịng điện phần ứng cực đại (2 ÷2,5)Iưđm Δ"γmax : Sụt áp cực đại trùng dẫn gây Δuγ max = I −max ΔU γdm I dd max Trong đó: Iđ dm: Dịng định mức biến đổi coi Iưđm Rư : Điện trở phần ứng động Rư = 0,5(1 - ηđm) U dm I dm Eư dm : Suất điện động định mức động Eư dm= Uưdm- Idm.Rư 58 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Tính tốn: Δur = 0,1 x 220 = 22v Δuγđm = 0,02 x 221 = 4,4v Δuγmax = I −max x Δu γđm = 2,0 x 4,4 = 8,8v I − d max Rư = 0,5(1 - 0,85) 220 = 2,75Ω Iưmaxx Rư= 2,75 x x = 32v Eư đm = 220 -(6 x 2) = 208V Thay vào ta có : 0,95Ud0= 1,06 x 204 + 32 + + 8,8 + 22 Uđ0= Ud0= Mà 281,8 = 296,57v 0,95 U xU U2 = d = 220v 2,34 Π - Tỷ số máy biến áp: + Sơ cấp máy biến áp đấu Y : Điện áp Ufa : 220v + Thứ cấp máy biến áp đấu Y : Điện áp Ufa: 117v - Điện áp ngược van phải chịu là: Ungmax = U = 2,45 x 127 = 311v - Để an toàn cho van ta chọn hệ số dự trữ k = 1,6 Ungmax = k 2,45 U2 = 489v b./ Tính dịng điện: - Dịng trung bình qua van : IVTB = Id = = 2,7A 3 - Để an toàn cho van ta chọn hệ số dự trữ k = 1,2 IV = 1,2 x 2,7 = 3,25A - Giá trị hiệu dụng dòng chẩy pha thứ cấp máy biến áp I2= 0,816 x = 0,5A - Giá trị hiệu dụng dòng chảy pha sơ cấp máy biến áp I1 = 0,58 x 6,5 = 3,8A Vậy ta chọn van TIRISTOR loại T C-10 thông số ghi bảng 4-1: Mã hiệu ITH Ungmax (KV) Δu (V) tff (μs) Ig (A) Ug(V) di/dt (A/μs) Du/dt (v/μs) T-25 25 0,05 – 1 25 – 200 0,3 10 20 59 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Chọn máy biến áp: - Công suất thứ cấp: S2 = 3U2I2 = x 127 x 6,5 = 2476W - Công suất sơ cấp S1 = 3U1I1 = x 220 x 3,8 = 2508W - Công suất máy biến áp: S= S1 + S = 2492 W - Chọn mạch từ trụ, tiết diện trụ tính theo cơng thức kinh nghiệm: Q=k P f (cm2) c Trong : k = ÷6 biến áp khô Q=6 2476 = 24,37 (cm2) 3x50 - Mạch từ có dạng hình vẽ, từ silic tổn thất 1,3W/kg, trọng lượng 7,5kg/dm3 a Trụ: Tiết diện thô : x + x = 27cm2 Tiết diện hiệu : 0,95 x 27 = 25,65 cm2 Trọng lượng : 7,5 x 0,2565 x 1,7 x = 9,8kg b Quy lát Tiết diện thô : x = 36cm2 Tiết diện hiệu : 0,95 x 36 = 25,65 cm2 Trọng lượng : 7,5 x 0,342 c Từ cảm: - Trong trụ chọn Bm = 1,1Tesla - Trong loại chọn B’m = 1,1 x 25,65 = 0,825T 34,2 d Dây quấn - Số vòng dây sơ cấp: n1 = U1 220 = 4,44 xfxQxB m 4,44x50 x25,6 x1,1x10 −4 - Số vòng dây thứ cấp: n2 = 3,51x 127 = 204 vòng 220 60 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II - Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75A/mm2 - Đường kính dây phía sơ cấp: d1 = I1 4.3,8 = = 1,32mm 3,14x2,75 πJ - Đường kính dây phía thứ cấp: d2 = 4I 4.6,5 = = 1,7mm 3,14x2,75 πJ Tra bảng chọn dây ; - Dây sơ cấp : d1 = 1,35; 12,7g/m; 0,0123Ω/m - Dây thứ cấp : d2 = 1,74; 21,1g/m; 0,0373Ω/m * ống quấn dây: - Bán kính vịng trịn ngoại tiếp trụ: 30 + 152 = 33,5mm - Lồng vào trụ ống dây quấn làm vật liệu cách điện dùng 1,0m có bán kính 34mm Vậy bán kính ống dây quấn sơ cấp: 35mm * Dây quấn sơ cấp: 351 vòng chia làm lớp: (3 x 98 + 87 vòng) Giữa hai lớp giấy cách điện dày 0,1mm - Bề dày dây quấn sơ cấp: e2 = d2 x + 0,1 x = 5,42 mm - Chiều dài dây thứ cấp : l2 = 2π 48,4 10-3 204 = 62m - Điện trở dây quấn thứ cấp 750C r2 = 0,0373 x 62 (1 + 0,04 75) = 3Ω * Điện áp rơi điện kháng: ΔUγ = 3.I d π Trong đó: X = 8π2 n 2 X = 8.3,142 2,042 x r⎛ e +e ⎞ −7 ⎜ a + ⎟ω.10 h⎝ ⎠ 0,0432 ⎛ 0,0057 + 0,00542 ⎞ -7 ⎜ 0,005 + ⎟ 3,14.10 =0,32Ω 0,12 ⎝ ⎠ Điện áp rơi điện trở 2 ⎡ ⎡ ⎛ n2 ⎞ ⎤ ⎛ 204 ⎞ ⎤ ΔUr = ⎢r2 + r1 ⎜ ⎟ ⎥ I d = ⎢3 + 1,33⎜ ⎟ ⎥.8 = 27,59v ⎜n ⎟ ⎝ 351 ⎠ ⎦ ⎢ ⎝ 1⎠ ⎥ ⎣ ⎣ ⎦ 61 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II - Tổng trở ngắn mạch: Z2= X + R = 0,32 + 3,45 = 3,46Ω d - Dòng điện ngắn mạch: Ingm = U 127 = = 36,7A Z 3,46 3./ Chọn thiết bị đóng cắt: - Chọn áp tơ mát nguồn (AT) pha 500v - 10A - Chọn khỏi động từ (KĐT) : 10A 4./ Bộ biến đổi Sử dụng sơ đồ cấu trúc pha có mạch R-C nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện áp trình chuyển mạch gây - Chọn R = 150Ω/51W - Chọn C = 0,1 μF/600v II MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ II.1 khối nguồn cung cấp đồng pha 1.1 Chọn phương án cung cấp : Xuất phát từ nguồn điện áp cần cung cấp là; + Nguốn điện áp cung cấp cho mạch điều khiển ± 15V + 10V + Nguồn điện áp đồng pha để cung cấp cho mạch tạo xung rơle bảo vệ +24V + Nguồn điện áp đồng pha để cung cấp cho mạch điện áp tựa đồng pha : 6V Chọn phương án khối nguồn cung cấp đồng pha sử dụng biến áp pha cơng suất 30W có đầu thứ cấp cách ly điện áp cuộn thứ cấp + Cuộn W11, W12, W13 cuộn dây thứ cấp có điểm cho điện áp : 6V/100mA để cung cấp cho mạch tạo điện áp tựa đồng pha + Cuộn W21, W22, W23 cuộn cho điện áp 15V/1000mA để cung cấp cho nguồn công suất + Cuộn W31, W32, W33 cuộn cho điện áp 16V/0,5A để cung cấp cho nguồn điều khiển 1.2 Máy biến áp đồng pha 1.2.2 Tính tốn máy biến áp đồng pha Do biến áp pha giồng có cuộn thứ cấp có cơng suất S21, S22, S23 nên S2 = S21 + S22 + S23 Với S21 = U21I21= x x 0,1 = 1,2W S22 = U22I22= 15 x = 15W 62 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II S23 = U23I23= 16 x 0,5 = 8W Công suất cuộn sơ cấp biến áp: x 0,01 = 0,6W 220 15 = 220 x m2 x I22 = 220 x x = 15 W 220 S11 = 220 x m1 x I21 = 220 x S12 S1 = S11+ S12 + S13 = 23,6W Chọn mạch từ trụ tiết diện tính theo cơng thức kinh nghiệm Q=k 24,2 P =6 = 2,4cm2 3.50 c.f Chọn mạch từ cảm trụ : B = 4,4Tesla Sò vòng dây quấn sơ cấp: n1 = U1 220 = = 1463 vòng 4,44.f Q.B m 4,44.50.0,95.3,4.2,2 Số vòng dây cuộn thứ cấp 1463 = 40vòng 220 16 1463 = 106 vòng + Cuộn thứ cấp W21; W31; n22 = 100 vòng; n23 = 220 + Cuộn thứ cấp W11: cuộn có số vịng : n21 = Chọn mật độ dòng điện : J1 = J2 = 2,75 A/mm2 Đường kính dây quấn sơ cấp d21 = I 21 4x 0,1 = = 0,21mm πJ 3,14x2,75 d22 = I 22 x 0,5 = = 0,68mm 3,14x2,75 πJ d23 = I 23 4x 0,5 = = 0,48mm 3,14x2,75 πJ Tra bảng ta - Đường kính dây quấn sơ cấp: 0,369g/m d1 = 0,23mm - Đường kính dây quấn thứ cấp: d21 = 0,21mm 0,308g/m d22 = 0,69mm 3,32g/m d23 = 0,49mm 1,68g/m 1.3 Khối nguồn 63 0,433Ω/m 0,52Ω/m 0,0461Ω/m 0,0914Ω/m THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II 1.3.1 Khối nguồn điều khiển D9 P1 5K C8 1uF R4 0.22K D8 R5 1K LM317 10V A C4 100uF + R1 D5 L1 D6 7915 + 0v C3 1000uF D4 C6 0,1uF R2 2,7K 4,7K + C1 1uF C2 1000uF + D3 C5 100uF + D2 B 24V 7815 + D1 D7 C7 0,1uF R3 2,7K L2 Hình IV-2: Mạch điện nguồn điều khiển Khối nguồn điều khiển lấy điện áp cuộn thứ cấp biến áp đồng pha W31, W32, W33 đấu Y để chia thành điện áp chiều nhờ cầu chỉnh lưu điốt (D1 D6) điện áp chỉnh lưu lọc tụ C2, C3 qua hai IC ổn áp 7815 cho điện áp + 15 vôn 7915 cho điện áp - 15 vôn Các điện áp lại lọc tụ C, C6 C5, C7 tạo nguồn ổn áp ±15V cấp cho nguồn ni KĐTT LED L1 thị báo có nguồn 15V, R3 điện trở hạn chế điện áp cho L2 - nguồn +15V điểm B tiếp tục đưa vào IC LM 317 để tạo điện áp chuẩn 10V cung cấp cho chiết áp tốc độ LED L3 báo thị nguồn 10V - Điốt D7 mắc nối tiếp với đầu dương cầu điốt cho phép lấy từ anốt (điểm A) đưa đến mạch bảo vệ pha 1.3.2 Khối nguồn công suất lấy điện áp từ cuộn thứ cấp biến áp đồng pha W21, W22, W23 đấu Y để đưa thành điện áp chiều nhờ cầu chỉnh lưu điốt (D9 - D14) Bộ lọc tụ C9 điện trở hạn chế R6 để tạo điện áp +24V cung cấp cho rơ le bảo vệ (nguồn Un) Điện áp Un gửi qua tiếp điểm RL1-3 (là tiếp điểm rơ le pha) để tạo UCS cung cấp cho mạch tạo xung điều khiển LED L4 báo có nguồn UCS, điện trở hạn chế R7 để hạn chế điện áp cho L4 1.3.3 Khối nguồn đồng pha Lấy điện áp từ cuộn thứ cấp có điểm biến áp đồng pha W11, W12, W13 đưa vào chỉnh lưu pha nửa chu kỳ để toạ điện áp đồng với nguồn cấp cho mạch tạo điện áp để điều khiển mở TIRISTOR cầu chỉnh lưu điều khiển mạch lực 64 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II D10 D11 R7 + D9 C9 1000uF L4 D12 D14 D13 Hình IV-3: Mạch điện nguốn cơng suất 1.4 Khối bảo vệ 1.4.1 Bảo vệ dòng Yêu cầu: Mạch phải đảm bảo khởi động động khơng tác động Nhưng có tượng q dịng cố phải có tác động cắt điện KĐTK việc nhả tiếp điểm thường kín RL2-2 tiếp điểm bảo vệ dòng RESET D21 Tới K3 TT thị momen R22.10K Q2 R25 4,7K R23.100K R24 2,2K P2 10 Ui Tới điều chỉnh Hình IV-4: Mạch bảo vệ q dịng Rơ le bảo vệ dòng dùng tiếp điểm RL2-1: Tiếp điện cho đèn LED báo dòng từ nguồn 24V 65 T26562 C13 R21 10K P1 1K C12 100μF R20 1K 100μF SE T3 A R18 10K R17 21K R19 1K RL2 RL2 - THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II RL2-2: Là tiếp điểm thường kín cấp điện cho KĐT q dịng RL2-3: Tiếp điện cho đèn báo cố từ nguồn 220V Ngun lý hoạt động: Tín hiệu dịng điện (thể dạng điện áp chiều), lấy qua SET SA (OMRON) Thực chất dòng biến động pha Điện áp chiều tỷ lệ với dòng điện mạch lực Khi đủ tải diện áp cỡ 24V Lấy phân áp R17 – R18 tụ lọc C12 để lấy tín hiệu dịng điện Ui làm tín hiệu hồi tiếp dịng điện cấp tới điều chỉnh Tín hiệu điện áp đưa đến Trigơ Smit (tạo KĐTT Q2) để so sánh với điện áp ngưỡng lấy chiết áp P2 Khi trạng thái bình thường điện áp dương từ biến áp dòng lớn điện áp ngưỡng âm lấy chiết áp P2 đầu Q2 bão hồ âm Do T2 mở, Rơ le RL2 tiếp điện từ nguồn(- Un)và tác động đến tiếp điểm RL2-1, RL22,RL2-3 Sau xử lý xong cố ta ấn nút RESET để lập lại trạng thái bình thường cho tiếp điểm RL2 III Bộ điều chỉnh Từ phân tích phần nguyên lý điều chỉnh tốc độ cách điều chỉnh điện áp phần ứng cấp cho động nhờ thay đổi điện áp Uđk tăng độ cứng đặc tính β Từ mở rộng dải điều chỉnh tốc độ giảm sai số tốc độ tương đối giải đặc tính thấp dải điều chỉnh tốc độ nhỏ sai số cho phép ta có hệ truyền động làm việc với sai số tốc cho phép tồn giải điều chỉnh tốc độ Chính ta xây dựng điều chỉnh để thay đổi điện áp Uđk hai mạch vòng hồi tiếp 3.1 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển Đồng fa Răng cưa So sánh Tạo xung A Đồng fa Răng cưa So sánh C B Tạo xung BA Đồng fa Răng cưa So sánh Tạo xung T1 T3 Uω Ui T6 T5 RI Rω T4 T2 F 66 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Hình IV-3: Cấu trúc mạch vòng điều khiển 3.2 Sơ đồ mạch điện trở mạch vòng điều chỉnh Tư số đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ dịng điện RI xây dựng ta có sơ đồ mạch điện mạch vòng điều chỉnh sau: Mạch điện điều chỉnh hình IV-4 3.3 Nguyên lý hoạt động 3.3.1 Bộ điều chỉnh dòng điện Chức RI điều chỉnh P1 thiết lập KĐTT Q5, điện trở R37, R38, tụ C16, R39, P8 Hằng số thời gian tích phân T = R39 x C16 Hệ số khuyếch đại : Điều chỉnh chiết áp P8 Đầu vào khâu RI gồm tín hiệu sau: + Tín hiệu đặt dịng điện (mơmen lấy từ đầu điều chỉnh tốc độ Rω (cấu tạo từ KĐTT Q4) qua khâu hạn chế dịng (mơmen) D28, D29, chiết áp P6, P7 + Tín hiệu đo dịng điện tải từ (biến dòng + chỉnh lưu) SET 3A Đầu Q5 qua hạn chế D30, D31 chiết áp P9, P10 để hạn chế giá trị cực đại Uđk không vượt biên độ đỉnh điện áp cưa 9V để đưa đến khâu so sánh tạo góc mở α Bộ điều chỉnh dịng điện đảm bảo điều chỉnh dịng điện (mơmen) đáp ứng mơmen q trình tĩnh Cịn hạn chế độ động điều chỉnh đảm bảo tối ưu hoạt động hệ trình tăng tốc với giảm tốc 3.3.2 Bộ điều chỉnh tốc độ Chức điều chỉnh tốc độ Rω điều chỉnh PI thiết lập KĐTTQ4, điện trở R33, R34, tụ điện C15, điện trở R35, chiết áp P5 Với số thời gian tích phân τ = R35 x C15, hệ số khuyếch đại thay đổi chiết áp P5 Đầu vào Rω gồm tín hiệu sau: + Tín hiệu đặt tốc độ: Lấy chiết áp P4 chiết áp tốc độ đặt mặt máy + Tín hiệu đo tốc độ lấy từ cuộn dây phát tốc máy phát + tốc độ định mức 3000 vòng/phút điện áp chiều cuộn phát tốc 70v + Dùng phân áp R44, R45 để lấy điện áp nhỏ 10v qua khâu lọc R42, R43, C17, P7 để so sánh với tín hiệu tốc độ lấy chiết áp P4 mắc nối tiếp điện trở 67 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II R46để đảm bảo động chạy chế độ thấp khoảng 100 vòng/ phút chiết áp tốc độ vị trí cực tiểu _ Đầu KĐTT Q4 qua hạn chế D28, D29 chiết ápP6, P7 để ngăn không cho điện áp vượt giới hạn xác đinh chiết tốc độ P4 Bởi đảm bảo giới hạn dịng điện phụ tảii trình tăng giảm tốc 3.4 Chọn thiết bị cho mạch điều khiển mở TIRISTOR Các van Tristor : T1 ÷T6chọn giống có Ug = 7v, Ig = 0,3A Chọn biến áp xung (BAX) có hệ số m = Điện áp thứ cấp BAX : U2 = Ug + ΔU = + = 8v Điện áp sơ cấp BAX : U2 = m x U2 = x = 24v Dòng điện thứ cấp BAX : I2 = 0,3A Dòng điện sơ cấp BAX : I1 = I 0,3 = = 0,1A m Chọn transitor T5 làm việc chế độ xung loại 2Sc - 517 có UCE= 60v ICMAX = 2A; Chọn dòng Ic5 làm việc : 0,1A Ta có IBT5 = I C 0,1A = = 0,01A β 10 Chọn Transitor T4 làm việc chế độ xung loại 2SC - 755 có UCE= 75v ICMAX = 1A; Chọn dịng IC4 làm việc : 0,01A Ta có IB4= β = 10/40 β = I C 0,01A = = 0,02A β Tính chọn điện trở R62= U CS − U CE Sat T4 IC4 = 24 v − 0,6 v = 2,4KΩ v 002 Với IC thuật toán chọn dùng loại IC 741, dùng nguồn nuôi ±15v Chọn UR4 Q8 15v ta tính chọn điện trở R50 R50 = U R4Q8 15 = 7,5KΩ = IB4 0,002 Chọn điện trở vào KĐTT Q8 R47, R48= 10kΩ, điện trở vào KĐTT lớn nên R47, R48 tự chọn giá trị mà không bị ảnh hưởng đến mạch điện Khối tạo xung cưa: - Điốt D35 điốt ổn áp đặt ngưỡng cho biên độ đỉnh xung cưa : Chọn D35 loại điốt ổn áp 9v 68 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II - trình nạp điện cho tụ C19 từ nguồn +15v ∫ i C dt C UC= t nap C UC= iC = cnt nên Chọn tụ C19 = 1μF Chọn thời gian nạp Tnạp = 2ms = 2.10-3s ta có : SAu 2.10-3s tụ C19 nạp đến điện áp 9v nên IC = U C C v.10 −6 = = 4,5 10-3A −3 Tnap 2.10 Tính chọn điện trở hạn chế dòng nạp P12 R45 IC nạp = E = 4,5.10-3A P12 + R 45 => P12 + R45= 15 = 3,3kΩ 4,5.10 −3 R45 = 470kΩ chọn P12 = 5kΩ, - Q trình phóng tụ C19 Với thời gian phóng Tphóng = 8.10-s tụ C19 phóng hết điện iC t phong Với UC0 bắt đầu trình phóng điện áp 9v C 9.10 −6 = 1,125 x 10-3A IC phóng = −3 8.10 s UC = UC0 Tính chọn điện trở hạn chế dịng phóng R46 R46= U Q − ΔU D 37 15 v − 1v = 12,4kΩ = I phong 1,125A - Chọn điện trở phân áp tín hiệu đặt cho Q6: R44 P11 Do giá trị đặt điện áp để so sánh có giá trị bé nên chọn dịng qua R44và P11 ta có: R44 + P11= Uđặt Q6 = E 15 = = 5kΩ I 3.103 E x P11 giá trị nhỏ nên R 44 + P11 Chọn R44 = 3,9kΩ P11= 1kΩ - Chọn điện trở phân áp tạo tín hiệu so sánh cho Q0: R42, R43 Qua phân áp R42, R43 lấy tín hiệu điện áp có biên độ v để đưa vào Q6 Giá trị điện áp lớn qua chỉnh lưu : 69 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Umax = 2 U = 2 = 16,9V Chọn dòng tải qua phân áp 10-3A 16,9 = 16,9kΩ 10 −3 U MAX x R43= 5V U55Q6 = R 42 + R 43 R42 + R43= Nên chọn R42 = 12kΩ; R43= 4,9 kΩ - Chọn điện trở R49, R54 có nhiệm vụ tạo điện âm cực Bazơ T4 T6 cực tính nguồn thay đổi , để đảo tín hiệu mở đến cực điều khiển G1 hay G4 thứ tự +15V R50 T4 R49 D38 UBT4 = VBT4(-6V) Mà UBT4= 21V x R49 với R50= 7,5 kΩ R50 + R49 - 6V Chọn R49 = 2,5 kΩ =>VBT4= 5,25v - 6V = - 0,75v Vậy chọn R49= R54 2,5kΩ Bộ phát xung cao tần theo yêu cầu f = 5kz Ta có: T= 1 = = 2.10-4s f 5000 T = 2T1 =(R56 + P13)C20 ln 2.R 58 + R 57 R 58 R57, R58 có tác dụng tạo điện áp Ur để so sánh với tín hiệu điện áp UC để định thời gian phóng nạp tụ C20 Chọn R57 = 10kΩ R58= 5kΩ 70 THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ CHƯƠNG II Ur = VSat xR 58 = 5v R 57 + R 58 Ta có T = 2T1 = (R56+ P13) 1,38 C20= 2.10-4s 2.10 −4 => R56 + P13= = 14,5kΩ 1,38.10 −8 Chọn R56= 10k P13 = 10K Chọn Transitor T8 loại MΠ - 25 có : UCE = 40v; ICMAX = 300mA Chọn dòng IC8= I CT 0,04 = = 2.10-3 β 20 Tính chọn điện trở R59: R59 = U Ra Q 15 = = 7,5KΩ I BT 2.10 −3 Để tránh tình trạng transitorr T4bị mở tuyến tính suốt q trình có xung điện áp dương đặt vào cực bazơ Ta chọn điện trở R55 cho điện cực bazơ T4 có giá trị âm khơng có xung điện áp âm từ phát xung đồng hồ tới 2,1.10-3 +15V 30 v − ΔU Van R 50 + R 51 + R 56 => R51+ R55= 6470Ω Chọn R51= 470Ω R55 = 6kΩ Vậy VBT4 = 15 - 2,1.10-3.R50 = 15 - 2,1.10-3 7,5kΩ = - 0,78v R50 T4 R51 D39 R55 -15V 71 ... III HỆ TRUYỀN Đ? ??NG T? ?? Đ? ??NG T - Đ I MÔ T? ?? TOÁN HỌC CÁC PHẦN T? ?? HỆ TRUYỀN Đ? ??NG T - Đ: 1.1 Đ? ? ?t vấn đ? ??: Đ? ?? xây dựng thi? ?t kế hệ thống điều chỉnh t? ?? đ? ??ng cần có mộ mơ hình mơ t? ?? xác đ? ??n t? ??i đa đ? ??i t? ?ợng... truyền đ? ??ng T - Đ xây dựng dựa cấu trúc sau: (H 3-7 ) T? ?H B R 41 ĐL M M THI? ?T KẾ HỆ TRUYỀN Đ? ??NG T- Đ CHƯƠNG II Hình III-7: Cấu trúc chung hệ T- Đ Trong đ? ?: M: Đ? ??ng truyền đ? ??ng quay máy sản xu? ?t ĐL: Thi? ?t. .. Thi? ?t bị đo lường Mx: Máy sản xu? ?t R: Thi? ?t bị điều chỉnh BĐ: Bộ biến đ? ??i Tiristor Khi thi? ?t kế hệ truyền đ? ??ng t? ?? đ? ??ng cần phải đ? ??m bảo hệ thực yêu cầu đ? ? ?t Đ? ? u cầu cơng nghệ, tiêu kinh t? ?? Chất
