Đồ án: "thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B"

Chia sẻ: Fvfdsffdsf Fdsfdsgg | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:34

Thêm vào BST

Báo xấu

275
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề.Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: "thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B"

Đồ án: thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B
Mục lục Lời nói đầu.............................................................................................1 ChươngI : Giới thiệu về công nghệ máy doa ..............................................3 ChươngII:Chọn phương án truyền động.tính chọn công suất động cơ và mạch lực………………………………………………………………...6 ChươngIII: Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống..............................................19 Chương IV: Thiết kế mạch dieu khien……………………………………..23
Lời nói đầu Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề. Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai. Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của x• hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng. Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hoá - cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước kết thúc môn học, để hệ thống hoá lại những kiến thức đ• được học cũng như có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu và thiết kế. Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đ• hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo và thay thế những phần đ• lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho máy. Bản đồ án gồm 5 phần: Chương I: Tìm hiểu công nghệ của máy Chương II: Tính chọn phương án truyền động và công suất động cơ Chương III: Tổng hợp hệ thống truyền động Chương IV: Thiết kế mạch điều khiển Chương V: Mô phỏng hệ thống bằng Matlap Simulink Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán logic và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách
logic,gọn nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong qúa trình làm đồ án em đ• nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Lấ MINH HÀ, và các thầy cô trong bộ môn tự động hoá của trường. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này. Tác giả thiết kế Sinh Viên Chương i giới thiệu công nghệ của máy doa I- chức năng và công dụng của máy doa Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phương pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đ• được khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể được dung để phay. Doa là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ 6- 9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1. II- phân loại máy doa Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô ( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau. - Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra :
+ Máy khoan , khoét + Máy doa - Phân loại theo chuyển động : +Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng +Doa ngang: dao quay theo phương nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện : +Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện. +Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ thống hở. +Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình . Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao. - Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ,ta có: +Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn +Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn +Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn. III giới thiệu máy doa 2620B 1-Giới thiệu máy Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau: - Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính. -Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất. - Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài. 2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa a, Truyền động chính
Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ được đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí. Động cơ chính được h•m ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy. b, Truyền động ăn dao Bao gồm các truyền động: - Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang. -Chuyển động sang trái. -Chuyển động sang phải Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao. c, Các truyền động phụ - Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc. - Các truyền động bơm nước, bơm dầu... Chương II tính chọn phương án truyền động và công suất động cơ I. Tính chọn công suất động cơ truyền động. Việc chọn đúng công suất động truyền động là hết sức quan trọng.Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng,động cơ thường xuyên chạy non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp.Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ
không đảm bảo năng suất cần thiết,động cơ thường phải chạy quá tải,làm giảm tuổi thọ động cơ,tăng phí tổn vận hành do phải sửa chữa nhiều. Dựa vào các số liệu đ• cho ta có thể tính được công suất động cơ: +Lực ăn dao: Fad = 50 000 N +Tốc độ ăn dao: Vad = 2 500(mm/ph)=0,033.10-3 8,333.10- 3(m/s) +Bán kính qui đổi ( =v/ ) 0,00006(m). +Hiệu suất: = 0,8 +Mô men quán tính cơ cấu ( j ): 0,01(kg/s2) Công suất ăn dao của máy doa: Pad = Fad.Vad (W) Pad =50 000.8,333.10-3 =416,65 (W) Công suất động cơ truyền động ăn dao (với hệ số dự trữ là 1,3) Pc =1,3. (W) Tốc độ động cơ: Đ= = (rad/s) nĐ=9,55. Đ= 9,55.138,9=1326(vg/ph) Tớnh mụmen động cơ: Nm Theo tính toán ở trên ta chọn động cơ cho truyền động ăn dao của máy doa như sau: *M• hiệu 31 *Pđm = 1 (KW) *nđm = 1000 (vg/ph) *Iđm =5,7(A) *Uđm =220 (V) *Rư +Rp=3,17 ( ) *p =2: (Số đôi cực) *Iktđm=0,49(A) *nmax=2000(vg/ph) *J =0,116 (kgm2 ):J là mômem quán tính của phần ứng Kiểm nghiệm cụng suất động cơ đó chọn Kiểm nghiệm cụng suất. Ta cú: 1 kW = PĐC >Ptt = 0,677 kW. Như vậy động cơ đó chọn thỏa món về cụng suất Kiểm nghiệm mụmen.
Ta cú: => Mđm = kфđmIưđm = 1,45.5,7 = 8,26 Nm Ta nhận thấy Mđm > Mcmax = 3,75 Nm Vậy động cơ đó chọn thỏa món yờu cầu về momen. II. Lựa 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 m•n 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. Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động ăn dao của máy tiện 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 thyristor- động cơ một chiều(Hệ T-Đ). + Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phương pháp điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ) 1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) 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. Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ. Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên Hình 2.1. Động cơ Đ truyền động quay chi tiết của truyền động ăn dao máy tiện 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 hoặc kích từ động cơ iKĐ thì điều chỉnh được tốc độ của hệ thống.Đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích từ. * Ưu điểm: +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.
+Điều chỉnh tốc độ được cả hai phía:Điều chỉnh dòng kính từ máy máy F và dòng kích từ động cơ Đ. +Có thể thực hiện được các chế độ làm việc:Động cơ,h•m tái sinh,h•m động năng và h•m ngược. *Nhược điểm +Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phi lắp đặt,gây tiếng ồn. +Máy phát một chiều có từ dư nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu tốc độ. 2. Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor - Động cơ một chiều(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. Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động 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: Độ cứng của đặc tính cơ là trong đó R là tổng trở toàn 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). UV:tổng điện áp rơi trên van. Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển : *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 yêu 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 cos của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu. 3. Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng r•i trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ KĐB mới khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ. Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt, từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền động điện động cơ không đồng bộ, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động điện một chiều. ứng dụng chủ yếu của các thiết bị bán dẫn công suất để điều chỉnh tốc độ xoay chiều là các bộ nghịch lưu có tần số thay đổi. Để có được các đặc tính điều khiển có thể so sánh được với đặc tính động cơ một chiều, cần sử dụng thiết bị điều khiển và thiết bị công suất phức tạp hơn. Do đó, ta thường sử dụng truyền động điện xoay chiều cho các hệ truyền động có tốc độ không đổi. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số: Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ – ĐK diểu chỉnh tấn số Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao như máy ly tâm, máy mài... Đặc
biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi trường. Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thường sử dụng hai loại biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể sử dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ biến đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha. a) Biến tần trực tiếp Có sơ đồ cấu trúc đơn giản ( Hình 2.4a). Điện áp vào xoay chiều u1 (tần số f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy, loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng và cho phép thực hiện h•m tái sinh năng lượng mà không cần có mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin. Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lượng van lớn đối với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1, số pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van. Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều chỉnh tần số f2 f1. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f2 f1 nhưng mức độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp hay được dùng cho truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp cho các động cơ rôtor lồng sóc, các động cơ rôtor dây quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ... Hình 2.4 Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lưu độc lập (b) b) Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian một chiều) – nghịch lưu độc lập: Sơ đồ cấu trúc được trình bày trên (Hình 2.4b). Trong loại biến tần này, điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số f2. Việc biến đổi năng lượng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần. Song, loại biến tần này cho phép thay đổi dễ d•ng tần số ra f2 không phụ thuộc vào tần số vào f1 trong một dải rộng cả trên và dưới f1 vì tần
số ra chỉ phục thuộc vào mạch điều khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại transistor đ• cho phép phát huy tối đa các ưu điểm của loại biến tần này. Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch lưu độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp. Tuy nhiên, nếu sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá van. *Biến tần nguồn áp: Nghịch lưu điện áp có đặc điểm dạng điện áp ra tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất tải. Nguồn áp được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu với đầu ra được nối song song với một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ. Điện áp ra của nghịch lưu điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ nhật. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới điện. *Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh động cơ xoay chiều, nguồn dòng thường được sử dụng cho các hệ thống công suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, được sử dụng rộng r•i để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn dòng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện h•m tái sinh động cơ. Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha. Trong thực tế, thường sử dụng các van điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cưỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng. Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dòng điện, tức là dòng điện không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Nguồn dòng thường được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu có đầu ra nối tiếp với điện cảm có giá trị lớn. Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha, nhưng về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều
chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Chính vì vậy ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ một chiều. III.Tính chọn mạch lực. 1.Chọn máy biến áp. - Điện áp sơ cấp biến áp: U1=380V - Điện áp thứ cấp biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải: Udo .cos min=Udo +2 Uv + Udn + Uba Trong đó: min=150 là góc dự trữ khi có sự suy giảm lưới điện. Uv =1,6Vlà sụt áp trên Tiristor Udn 0 là sụt áp trên dây nối Uba là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp. chọn sơ bộ: Uba=6%Ud=6%.380 =22,8V Udo = Vậy: U2= - Công suất biểu kiến máy biến áp: S = Ks.Pdmax= - Dòng điện thứ cấp MBA: I2=1,11.Id =1,11.5,7 =6,33(A) - Dòng điện sơ cấp MBA: I1=kba .I2 = 2. Chọn Tiristor -Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu: d -Điện áp ngược của Tiristor cần chọn: Unv=KdtU.Ungmax=1,8.210 =3,78(V) -Dòng điện làm việc của van: Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng
- Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khí,với điều kiện đó dòng điện định mức của van cần chọn: Iđm=ki.Ilv=3,2.3,3=10,56(A) (ki là hệ số dự trữ dòng điện,chọn ki=3,2) * Từ các thông số Unv , Iđmv ta chon van loại SKT10/100 có các thông số sau: Điện áp ngược cực đại của van Ungmax= 300(V) Dòng điện định mức của van Iđm= 10(A) Đỉnh xung dòng điện 200(A) Dòng điện của xung điều khiển 70(mA) Điện áp của xung điều khiển 3(V) Dòng điện rò 3(mA) Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn U = 2,1(V) Tốc độ biến thiên điện áp Dòng điện tự giữ 150(mA) Thời gian chuyển mạch tcm = 80( s) Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C 3. 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. 3.1.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... 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... 3.2.Bảo vệ trong bộ biến đổi a. 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 có biện pháp. Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng phương pháp dùng cánh toả nhiệt. b. Bảo vệ quá điện áp trên van Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch R- C, 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 làm cho quá điện áp giữa anốt và catốt của van. Mạch R- C mắc song song với van tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên van không bị quá điện áp. Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm: C = 1 F và R = 1K . Hình 2.5 Sơ đồ bộ biến đổi có bảo vệ quá áp Chương III. Tổng hơp hệ thống 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 lơợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các đại lơượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động ăn dao máy doa có cấu trúc đơợc trình bày trên hình vẽ 3.1 gồm : động cơ truyền động M quay truyền động bàn dao Mx và bộ chỉnh lơưu cầu ba pha BĐ (đơược gọi là phần lực), các thiết bị đo lơờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đơược gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ược gọi là
tín hiệu đặt (THĐ) ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống. Hình 3.1.Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện 2. Mô tả toấn học động cơ điện một chiều. -Điện cảm phần ứng:Lư = (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). k đm = 1,93 -Mômen quán tính: J = Jd +Jm= 0,116+0,01=0,126(kg.m2) -Hằng số thời gian cơ học: Tc = -Hằng số thời gian điện từ : Tư = -Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = 114 – 0,85M hoặc: = 114 – 1,62Iư 3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống, xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc... Hệ thống truyền động điện động cơ truyền động ăn dao máy tiện có hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng Tươ nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hơởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện đươợc thể hiện trên hình 3.2, trong đó F là mạch lọc tín hiệu, Ri là bộ điều chỉnh dòng điện, BĐ là bộ chỉnh lơưu cầu ba pha, Si là sensor dòng điện. Hình 3.2 Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện. Tf, Tđk, Tvo , Tươ , Ti là các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lơưu, phần ứng và sensor dòng điện. Rươ là điện trở mạch phần ứng và KCL, Ki là hệ số khuếch đại của chỉnh lơưu và sensor dòng điện. KCL = = 25,47; = 0,877; Tf =Ti =Tđk = 0,001 (s)
Hàm truyền của mạch vũng dòng điện ( hàm truyền của đối tươợng điều chỉnh): Đặt Ts = Tf + Tđk + Tvo + Ti = 0,001+0,001+0,001+0,005=0,008 < Tơư = 0,034 có thể viết lại hàm truyền ở dạng gần đúng nhơư sau: áp dụng tiêu chuẩn tối ơưu module, ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu tỷ lệ – tích phân PI, trong đó đ• chọn Ts = Ts =0,008s Hàm truyền của mạch vòng dòng điện sẽ là: 4.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ Sensor tốc độ : và hằng số thời gian lọc Tw = 0,001 (s) Hình 3.4 Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ Theo kết quả tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, ta có hàm truyền của mạch vòng dòng điện là: Để thuận tiện trong tính toán tiếp theo, ta bỏ qua thành phần 2 để thu đư-ợc biểu thức gần đúng của hàm truyền mạch vòng điều chỉnh dòng điện hệ thống: Đặt = 0,0085(s), khi đó đối tươợng điều chỉnh có hàm truyền: Theo tiêu chuẩn tối ơưu module, ta có thể xác định đơược hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ P. 35,19 Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là: Chương iv.thiết kế mạch điều khiển I.Mạch điều khiển tiristo. 1.Nguyên lý mạch điều khiển.
Tiristo chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơương đặt trên anot và xung áp dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi thyristor đ• mở thì xung điều khiển không còn tác dụng, dòng điện chảy qua do thông số của mạch động lực quyết định. Mạch điều khiển có các chức năng sau: - Điều chỉnh đơược vị trí xung điều khiển trong phạm vi điều chỉnh ứng với nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristo. - Tạo ra đươợc các xung điều khiển đủ điều kiện mở đơược tiristo (xung điều khiển thươờng có biên độ và độ rộng xung xác định Cấu trúc của mạch điều khiển một tiristo đựoc trình bày trên hình 4.1. ucm - điện áp điều khiển, điện áp một chiều. us - điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp anot – catot uAK của tiristo. Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a. Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a. Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển 2.Nguyên tắc điều khiển. Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos để điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Tiristor. Sau đây ta sẽ mô tả về hai nguyên tắc điều khiển. Sơ đồ trình bày trên hình 4.2 là nguyên tắc điều khiển kiểu arccos. Người ta sử dụng hai điện áp : -Điện áp đồng bộ US vượt trước điện áp UAK=Umsin t của Tiristor một góc bằng /2 vậy Us =Usm cos t Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều (dương và âm ). Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái :
Usm cos = Ucm Vậy khi Ucm= Usm thì =0 Ucm =0 thì = /2 Ucm = -Usm thì = Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể điều chỉnh được góc từ 0 . Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và điện áp tựa (cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp đặt lên A-K của Tiristor và thường đặt vào đầu đảo bộ so sánh. Thông thường điện áp tựa thường có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách biến đổi Ucm người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính hình 4.3 Ta xác định góc điều khiển theo phương trình : Với :góc mở của Tiristor Uđk :điện áp điều khiển
Usm :điện áp đồng bộ cực đại Thông thường người ta thường lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng góc là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm.Vậy ta có thể điều khiển góc thông qua điều khiển điện áp một chiều II.Cấu trúc từng khối chức năng 1. Các bộ điều chỉnh Rw và Ri Bộ điều chỉnh là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện vì nó đảm bảo chất lơượng động và tĩnh của hệ thống. Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ: - Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ - Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lươợng động và tĩnh của hệ thống. Trong hệ thống ta sử dụng hai bộ điều chỉnh: bộ điều chỉnh tỷ lệ P dùng điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để điều chỉnh dòng điện. Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện: Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ: 35,19 Chọn R = KW; R2 = W; R3 = W; C = mF. Để tạo mạch lọc F, ta nối thêm tụ Ck = 5mF song song với điện trở R3. 2. Khối đồng pha Hình 4.3: sơ đồ mạch tạo điện áp đồng pha Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha: Khi cấp nguồn 380V vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến áp được hạ áp. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0 nửa chu kỳ đầu điện áp dương đặt trên D1, D1 sẽ thông và D2 sẽ bị khoá, nửa chu kỳ