ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI 'ĐIỀU KHIỂN LOGIC'

Chia sẻ: Minh Tuan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:44

0
945
lượt xem
253
download

ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI 'ĐIỀU KHIỂN LOGIC'

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với một sơ đồ cấu trúc đơn giản như trên mạch chỉ đủ đảm bảo cho việc hệ thống có khả năng làm việc theo yêu cầu công nghệ đã đề ra nhưng để đảm bảo an toàn và vận hành tốt mạch điều khiển chúng ta cần phải thiết kế thêm một số phần khác có chức năng đặc biệt. Theo yêu cầu của đầu bài là sử dụng động cơ điện một chiều nên ta cần phải có những biện pháp bảo vệ tránh động cơ gặp những sự cố khi làm...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI 'ĐIỀU KHIỂN LOGIC'

  1. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ Tên đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG Phễu Vật liệu F Cơ cấu cân định lượng Puli chủ động Hộp số Động cơ Động cơ điện một chiều - Số liệu : + Lực kéo 600N + Tốc độ cực đại 1,5 m/s + Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s + Đường kính trục 300 mm + Hộp số i = 10 ; η = 80% - Yêu cầu : + Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động + Tính chọn công suất động cơ + Chọn phương án truyền động + Xây dựng sơ đồ điều khiển + Tổng hợp hệ CHƯƠNG I Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 1
  2. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG 1 . MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt, cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ...) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm , thép thỏi ) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc nghiêng không lớn hơn 30o ). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền sản xuất. Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có: + Động cơ + Hộp số + Puli chủ động + Băng tải + Phễu + Cơ cấu cân định lượng Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với băng . Để khắc phục độ võng của băng người ta đặt các con lăn và chúng cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải được chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân định lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu. Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức: Q = ∂ .v [ kg/s ] hay: 3600.∂.v Q= = 3,6.∂.v [ tấn/h ] 1000 trong đó: ∂ : khối lượng tải theo cjiều dài [kg/m ] v : tốc độ di chuyển của băng [m/s] Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức: ∂ = S .γ . 10 3 trong đó: γ : khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m3 ] S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m2 ] 2 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT, ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI PHỐI LIỆU Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 2
  3. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN 2.1 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT  Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều.  Lực kéo 600 N  Tốc độ cực đại 1,5 m/s  Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s  Đường kính trục 300 mm  Hộp số i = 10 ; η = 80% 2.2 . ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG a . Loại phụ tải Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng α ⎛ w ⎞ M c = M co + (M dm − M co )⎜ ⎜w ⎟ ⎟ ⎝ dm ⎠ trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ ϖ = 0 Mđm - Mômen ứng với tốc độ wđm Mc - Mômen ứng với tốc độ ϖ Với băng tải α = 0. Do đó ta có Mc = Mđm = const . Ta thấy rằng tải của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn. Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh tốc độ với Mc = const như sau: w wmax Pc Mc wmin Pmax Mc ,Pc b . Chiều quay của băng Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay. Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 3
  4. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN không bảo đảm được yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác. c . Giản đồ phụ tải Các thông số chính của hệ truyền động Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất vmin = 0,075 ( m/s ) vmax = 1,5 ( m/s ) Vận tốc của trục quay v min 0 , 075 w ' min = = = 0 ,5 ( rad / s ) R 0 ,15 v 1,5 w ' max = max = = 10 ( rad / s ) R 0 ,15 Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10 w max = w ' max .i = 10 .10 = 100 ( rad / s ) w min = w ' min .i = 0,5 .10 = 5( rad / s ) Từ phương trình động học của truyền động điện dw M = M c + J dt ta có giản đồ phụ tải MC 1 2 3 t 0 + Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu. + Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải Mc không đổi. Biến thiên dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23. + Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 4
  5. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN d . Các yêu cầu về khởi động và hãm Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động. Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn. Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ dừng với gia tốc lớn gây hư hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do. e . Sơ đồ động học Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng có dạng đơn giản như sau : Wd Wc puli chñ ®éng kÐo i m¸y s¶n xuÊt Pc Mc n Trong đó: 1- Động cơ điện 2- Hộp tốc độ 3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải g . Hệ truyền động nhiều động cơ Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng. h . Độ chính xác Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , được đánh giá bởi sai lệch tĩnh: Δw w − wt ∂% = 100 % = d 100 % w dm wd Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 5
  6. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN i . Dải điều chỉnh D = w max : w min = 1,5 : 0 ,075 = 20 : 1 CHƯƠNG II TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ 1 . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 6
  7. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN vmax ω max = .i = (1,5 / 0,015) * 10 = 100(rad / s ) R ω min = (ω max * vmin ) / vmax = 5(rad / s) Mô men cản qui đổi về trục động cơ: F .R 600.0,15 M cqd = = = 11,25( Nm) i.η 10.0,8 2 .TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau: Đặc tính phụ tải truyền động Pc(ω), Mc(ω): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.ωmax ω Mc= const ωmax ωmin 0 Mc Đặc tính phụ tải Phạm vi điều chỉnh tốc độ ωmax và ωmin Dải điều chỉnh tốc độ: D =ωmax/ωmin = 20 : 1 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động Dự dịnh dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển (thyristor). Loại động cơ truyền động Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập. Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI: Pmax = M cqd * ω max = 11,25 * 100 = 1125( w) ⇒ Pdm = 1,25 * Pmax = 1125 * 1,25 = 1400( w) = 1,4(kw) Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 7
  8. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Ta chọn loại động cơ ΠH-68 của Nga với các thông số sau Pđm = 1,45 (kW) Uđm = 220 (V) Iđm = 8,5 (A) nđm = 2100 (vòng/phút) R = Rư + Rcp =2,49(Ω) Φđm = 4,8 (mWb) Ikt = 0,57 (A) Jđ = 0,125 (kg.m2) 2p = 4 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ Điện cảm phần ứng U dm 220 Lư = k L . = 5,6. = 0,0345( H ) = 34,5(mH ) I dm . p.ndm 8,5.2.2100 Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ÷ 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 ÷ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. U dm . − I dm .R 220 - 8,5.2,49 kΦđm = = = 0,9 ω dm 219,9 Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m2) R Σ .J (2,49 + 0,182).0,125 Hằng số thời gian cơ học Tc = 2 = = 0,412(s) (kΦ dm ) (0,9) 2 L 0,0345 Hằng số thời gian mạch phần ứng Tư = - = = 0,014( s ) R 2,49 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: U R ω= - − M = 244,4 − 3,07 M kΦ (kΦ ) 2 CHƯƠNG III CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 8
  9. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi. Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau:  Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).  Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ).  Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ). 1 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (F-Đ) a . Cấu trúc hệ F-Đ Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. ~ §K ωF I Uk§ iKF U®k F § U®ku iK§ UkF M ω M ~ Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ truyền động quay chi tiết của máy mài M được cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên. b . Đặc điểm của hệ F-Đ Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tương tự như các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ. Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 9
  10. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác như các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng. Các đặc điểm khác  Phạm vi điều chỉnh tốc độ được nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện hãm điện dễ dàng.  Vốn đầu tư ban đầu và diện tích lắp đặt lớn. 2 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Tốc độ động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộ chỉnh lưu là điều khiển được. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor được sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những tính chất ưu việt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển α). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ...). Các bộ chỉnh lưu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor. ~ U®k ~ § U®k iK§ M ω M Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 10
  11. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor. Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E). Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên tục: E do cos α R ω= − M k Φ dm ( k Φ dm ) 2 2 ⎛ k Φ dm ⎞ Độ cứng của đặc tính cơ là β = ⎜ ⎟ trong đó R là tổng trở toàn ⎝ R ⎠ mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ Rư và điện trở các phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ). Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển α: ω E do cos α ωo = . k Φ dm Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng này chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính là lớn hơn. Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường hợp này như trên hình 4-3 khi điều 0 M chỉnh ở vùng dưới tốc độ định mức. Các đặc Đặc tính cơ hệ T-Đ. tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển α càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm. Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn. Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ: E IL ωe ( )2 + ( )2 = 1 p π π π U 2m sin U 2 m sin − cos π p p p Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p. Song khi tăng số xung p thì mạch lực chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 11
  12. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN thời gian quá độ) và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới này được mô tả bởi đường cong nét đứt trên hình 4-3. c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn. Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosϕ của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu. 3 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP - ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (XA-Đ) Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải. Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại thyristor thông thường nó không được khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt như transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu được. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor. Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện...). §iÒu khiÓn U®k Ung § Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 12
  13. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : Uư = σUng, trong đó: Uư là điện áp phần ứng động cơ,Ung là điện áp một chiều cần băm , σ là hệ số lấp đầy t tt xung: σ = t = với tt, tk là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện T tt + tk tử. Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, cần thay đổi hệ số σ của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng 3 phương pháp: thay đổi tt, T hoặc cả hai. So sánh 3 phương án ta quyết định chọn phương án truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập. 4 . TÍNH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU TIRISTOR Yêu cầu đối với bộ chỉnh lưu - Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz - Bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển - Điện áp chỉnh lưu: Ud = 220 V - Dòng chỉnh lưu: Id = 8,5 A - Độ nhấp nhô thấp a . Xác định điện áp không tải chỉnh lưu và điện áp ra của máy biến áp Bộ biến đổi chỉnh lưu cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mức động cơ Eưđm , sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại Iư max . γ1Udocosαmin = γ2Eưđm + ΣΔUV + Iư maxRưΣ + ΔUγmax Trong đó : Udo - điện áp không tải của chỉnh lưu γ1 - hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lưới γ1 = 0,95 γ2 - hệ số dự trữ máy biến áp γ2 = 1,04 ÷ 1,06 αmin - góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đồ không đảo chiều αmin = 0 ΣΔUV - tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở tương đối lớn ( khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn ( khoảng 1,5% )và điện áp sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V. RưΣ - điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở toàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc một chiều Iư max - dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2 ÷ 2,5 Iư đm ΔUγmax - sụt áp cực đại do trùng dẫn Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 13
  14. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN I u max I udm ΔUγmax = ΔUγđm I udm I ddm Iddm : dòng định mức của bộ biến đổi ΔUγđm : sụt áp trùng dẫn định mức , được xác định : ΔUγđm = Udo.UK. Yγ UK : điện áp ngắn mạch Yγ : đối với sơ đồ sáu xung và mười hai xung Yγ = 0,5 Nếu Iudm = Iddm ta có γ 2 Eudm + ∑ ΔU V + Ru ∑ I u max Udo = γ 1 cos α min − Yγ U K λ I u max λ= : bội số dòng điện I ddm Từ đó ta có : γ 2 Eudm + ∑ ΔU V + Ru ∑ I u max Udo= γ 1 cos α min − Yγ U K λ 1,04.220 + (220.0,55 + 2) + (2,49 + 0,182).8,5 = = 299(V ) 0,95 − 0,5.2,5.5% U do U vo = = 221,5V 1,35 b . Tính chọn biến áp nguồn BAN BAN đấu theo kiểu Δ/Y. Điện áp lưới UL = 380V. Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối Δ/Y) π U U 2 = . do = 128 (V) 3 6 U 380 Tỷ số máy biến áp: k = 1 = =3 U 2 128 2 Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I2 = .I d = 6,94(A) 3 Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN: 1 1 I1 = I2 = 21,23 ≈ 6,94(A) K BAN 3,06 Công suất máy biến áp: S = 3.U2.I2 = 3.128.6,94 = 2665 (VA) ≅ 2,665 (kVA). Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 3(kVA). c . Chọn van cho bộ biến đổi I d 8,5 Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van: I vtb = = = 2,83( A) 3 3 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 14
  15. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: Ivmax = Id = 8,5 (A) Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van: ∏ U ng max = U d max = 1,05 * 299 = 314(V ) 3 Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha là: - Ungt ≥ 1,6. Ungmax = 1,6 . 314 = 502 (V) - It ≥ 1,5. Imax = 1,5.8,5 = 12,75 (A) Vậy ta chọn được loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động cơ: VRRM VGT IGT VTM ITM I0 = ITSM IDM Du/dt di/dt Loại Max Max max Max (A) VDRM (A) (mA) (V/μs) (A/μs) (V) (A) (V) (A) (V) TYN 16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100 690 d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều Điện cảm phần ứng U dm 220 Lư = k L . = 5,6. = 0,0345( H ) = 34,5(mH ) I dm . p.ndm 8,5.2.2100 Trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ÷ 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 ÷ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. Cuộn kháng lọc mạch một chiều được nối vào mạch phần ứng động cơ để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng một chiều ) đồng thời cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ điện Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng điều hoà bậc cao với tần số góc ωK = K.m. ω1 với ω1 - tần số góc lưới điện , ω1 = 314 ( 1 / s ) K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng 1 U km Iσ = ω1 .L∑ k ∑ ( Km ) 2 LΣ - điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở ) Gọi gσ là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi 1 U km gσ = ω1 ∑ ( Km ) k 2 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 15
  16. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN và σi - hệ số đập mạch dòng điện Iσ U .g σi = = do σ I dm I dm L∑ Hệ số đập mạch điện áp gσ phụ thuộc vào góc điều khiển α , gσ = f( U dα ) U do Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ giảm 1 I'dm = Idm . R 1 + m σ i2 R R Tỷ số m đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dòng điện điều hoà bậc R R cao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này m = 2 ÷ 3 R Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh hưởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh hưởng dòng xoay chiều điều hoà bậc m , từ trường của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90o so với dòng điện điều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù được điện áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều ΔU2 không thể tăng nhẩy cấp . Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch một chiều U do no Ld = g c max − Lu I ddm [σ i n]cf n Tra đường cong quan hệ gc = gσ . ta được g c max = 1,1 no Udo = 299V Iddm = 8,5A n0 = 2322 (1/s) n = 2100 (1/s) U do no Ta có Ld = g c max − Lu = 5,46.10-3 (H) = 5,46 mH I ddm [σ i n]cf 5 . BẢO VỆ SỰ CỐ TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thường xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất. Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm như ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 16
  17. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo vệ a . Bảo vệ trên mạch động lực Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì, áptômát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh... Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố . Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính có trang bị chương trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây hư hỏng . Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp... b . Bảo vệ trong bộ biến đổi Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức. Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nước) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng phương pháp làm mát cưỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là ki=1,5 và ku=1,6. Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngược khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đường dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu nhiên – hiện tượng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 17
  18. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN biến áp... Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm: Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như sau Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh Mạch R1C1 bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích: (Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261) Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor ⇒ b = 1÷ 2. Chọn b = 1,6. Giả sử BAN có Lc = 0,2(mH). V RRM 600 - Hệ số quá điện áp : k = = ≈ 1,23. bU 1,6.304,37 ng max - Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.9 trang 262 -ĐTCS): - C*min(k) = 5,5; R*max(k) = 1,2; R*min(k) = 0,55. di - Tính max khi chuyển mạch. Ta có phương trình lúc bắt đầu trùng dt dẫn: di 2Lc = udây = 2 Uv0sin(ωt+ϕ) dt di 2U 2.221,5 max = vo = ≈ 783055,3(A/s) dt 2L c 2.0,2.10− 3 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 18
  19. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN di ⇔ max = 0,785(A/μs) dt di Ta thấy với Thyristor đã chọn có = 100(A/μs) >> 0,76(A/μs), nên dt di trong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ Lk (bảo vệ ). Tức là có dt thể coi Lk = 0. di -Xác định điện lượng tích tụ Q = f( ), sử dụng các đường cong (Hình dt X.10b): di Với Id = 8,5(A), max = 0,785(A/μs) tra đường cong ⇒ Q ≈ 15(Aμs). dt -Xác định R1,C1: 2Q 2 ×15 C1 = .C*min(k) = 5,5 ≈ 0,54(μF). U 314 ng max 2L U 2L c U ng max * c ng max R min(k) ≤ R1 ≤ R*max(k) 2Q 2Q 2.0,2.10 − 3.314 2.0,2.10 − 3.314 ⇔ 0,55 ≤ R1 ≤ 1,2 2.15.10 − 6 2.15.10 − 6 ⇒ 35,04 ≤ R1 ≤ 76,44 (Ω). Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R1 = 47(Ω) và C1 = 0,6(μF) Mạch R2C2 bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra: -Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23. -Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.11-ĐTCS): C*min(k) = 0,45; R*max(k) = 2,1; R*min(k) = 1. -Giá trị lớn nhất của năng lượng từ trong BAN (3pha) khi cắt: I S WT3 = s.o.m 2I 2ω s Trong đó: Is.o.m : là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp. Is : giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp. 2 2 Is = Id = .8,5 ≈ 6,94(A) 3 3 S : Công suất biểu kiến BAN. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 19
  20. LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN ω = 2πf = 314(rad/s). Ta có Is.o.m = 2 Is.o = 2 .0,03Is I S 2,665.103 ⇒ WT3 = s.o.m = 0,03 ≈ 0,127(W.s) 2I 2ω 2 × 314 s -Xác định R2 và C2: 2W T 3 * C2 = C min(k) U 2 sm Trong đó Usm là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN: Usm = 2 Us = 2 .Uv0 = 2 .221,3 ≈ 312,9(V) 2× 0,127 ⇒ C2 = 0,45 ≈ 1,17.10-6(F) ⇔ C2 = 1,17(μF). (312,9) 2 U sm U * R min(k) ≤ R2 ≤ R max(k) sm * I s.o.m I s.o.m ⇔ 1. 312,9 ≤ R2 ≤ 2,1. 312,9 2 × 0,03 × 6,94 2 × 0,03 × 6,94 ⇒ 1062,69 ≤ R2 ≤ 2231,66 (Ω). Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R2 = 1500(Ω) và C2 = 2(μF). CHƯƠNG IV TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG 1 . MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định lượng có cấu trúc được trình bày ở dưới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và thiết bị biến đổi năng lượng - chỉnh lưu cầu ba pha BĐ (được gọi là phần lực), các thiết bị đo lường ĐL và các bộ điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản