Đồ án: Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

Chia sẻ: Sasuke Kun | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

876
lượt xem 180
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án: Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục trình bày về thông tin tổng quan và đặc điểm về cầu trục, lựa chọn phương án truyền động, tính toán mạch lực, mạch điều khiển Tiristor. Tài liệu phục vụ cho các bạn chuyên ngành Cơ khí.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục

Lời nói đầu Trong ngành công nghiệp nói chung để giải quyết một số công việc khó khăn với con người như việc vận chuyển các nguyên vật liệu, hàng hóa nặng nhọc,trong môi trường khắc nghiệt thì rất cần đến sự trợ giúp của các loại máy móc công nghiệp như: băng tải, cần cẩu, cầu trục. Ở học kỳ này em đã được giao cho đồ án II với đề tài: “Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng hạ cầu trục” với các thông số yêu cầu như sau: • Chiều cao nâng: 10 m • Tốc độ nâng hạ: 0,35 m/s • Trọng lượng tải: 4000 kg • Trọng lượng móc câu: 50 kg • Đường kính puli: 0,5 m • Tỉ số truyền: 50 • Hiệu suất bộ truyền: 0,85 • Momen quán tính cơ cấu: 0,1kg/ • Chu kỳ làm việc: 360s Với sự cố gắng của bản thân cùng sự chỉ bảo tận tình của cô Nguyễn Thị Liên Anh, em đã hoàn thành xong đồ án này. Dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức của bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai xót nên em mong các thầy cô chỉ bảo thêm. Em xin chân thành cảm ơn! Chương 1. Giới thiệu đặc điểm về cầu trục 1.Giới thiệu chung Cầu trục là một kết cấu dầm hộp hoặc dàn, trên đó đặt xe con có c ơ c ấu nâng. Dầm cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà x ưởng, còn xe con có thể chạy dọc theo dầm cầu trục, nhờ vậy mà có thể di chuyển vật đến mọi vị trí trong xưởng. Cầu trục được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành, lĩnh v ực khác nhau nh ư trong các nhà máy, xí nghiệp, công trường xây dựng, hải cảng... Phân loại cầu trục: • Theo tải trọng: - Loại nhẹ: từ 5 đến 10 tấn
Loại trung bình: từ 10 tới 15 tấn - Loại nặng: trên 15 tấn - • Theo chế độ làm việc: - Loại nhẹ : hệ số tiếp điện TĐ% = 10 - 15%, số l ần đóng máy trong một giờ là 60 - Loại trung bình : TĐ=15 - 25 %, số lần đóng máy trong một giờ là 120 - Loại nặng : TĐ% = 40 - 60 %, số lần đóng máy trong một giờ >240 • Theo chức năng: - Cầu trục vận chuyển : dùng rộng rãi, yêu cầu chính xác không cao - Cầu trục lắp ráp : phần lớn nằm trong các nhà máy, xí nghi ệp , dùng để lắp ráp các chi tiết máy móc có yêu cầu độ chính xác cao 2.Cấu tạo của cầu trục Cầu trục được cấu tạo bởi 3 bộ ph ận chính: xe c ầu, xe con và c ơ c ấu nâng hạ Xe cầu: có hai dầm chính hoặc khung dầm chính làm bằng thép, đ ặt cách • nhau một khoảng tương ứng với khoảng cách bánh xe của xe con. Hai đầu cầu được liên kết cơ khí với hai dầm quay ngang tạo thành khung hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục được thiết kế trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật , tạo điều kiện cho cầu trục chạy dọc suốt phân xưởng. • Xe con: là thiết bị được đặt trên xe cầu và dịch chuy ển trên chi ều dài c ủa xe cầu. • Cơ cấu nâng hạ: được đặt trên xe con và đóng vai trò nâng hạ hang hóa. Nhờ cấu tạo như trên mà cầu trục có thể di chuy ển ph ụ t ải theo 3 ph ương ph ủ kín mặt bằng nhà xưởng: - Chuyển động dọc theo phân xưởng , nhờ chuyển động của xe cầu - Chuyển động ngang theo phân xưởng , nhờ chuyển động của xe con - Chuyển động theo phương thẳng đứng, nhờ chuyển động của cơ cấu nâng hạ 3.Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của cầu trục Cầu trục làm việc trong môi trường rất nặng nề, đặc biệt là ở h ải c ảng, trong các nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim . . . Các khí c ụ đi ện, thi ết b ị điện trong hệ truyền động và trang bị điện cầu trục phải đảm bảo làm vi ệc tin cậy trong điều kiện nghiệt ngã của môi trường. Các cơ cấu truyền động cầu trục thường thay đổi mô men theo t ải tr ọng. Nhất là cơ cấu nâng hạ , mô men thay đổi rõ rệt. Khi không có tải trọng mô men động cơ không vượt quá (15 - 20 )% . Đối với cơ cấu nâng h ạ c ủa c ầu tr ục ngoạm đạt tới 50%. Đối với đông cơ di chuyển xe con b ằng (30-50)%. Đ ối v ới
động cơ di chuyển xe con bằng (30-35 )%, đối với động cơ di chuy ển xe c ầu bằng (50 - 55 )%. Trong các hệ truyền động các cơ cấu của cầu trục yêu c ầu quá trình tăng và giảm tốc xảy ra rất êm. Bởi vậy mô men động trong quá trình quá đ ộ ph ải đ ược hạn chế theo kĩ thuật an toàn. Năng suất cầu trục được quyết định bởi hai yếu t ố : tải tr ọng c ủa các thi ết bị và số chu kì bốc xúc trong một giờ. Số lượng hành hoá bốc xúc trong mỗi một chu kì không như nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức nên ph ụ t ải v ới đ ộng c ơ chỉ đạt (60 - 70 )% công suất của động cơ. Các động cơ truyền động điện đều làm vi ệc ở ch ế đ ộ ng ắn h ạn l ặp l ại có tần số đóng điện lớn. Đa số các cầu trục đều làm vi ệc trong đi ều ki ện môi trường nặng nề, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy , hãm và đảo chiều. Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đươc xác định từ yêu cầu công nghệ , chức năng của cầu trục trong dây chuy ền sản xuất . C ấu t ạo và k ết c ấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khi ển và h ệ thống truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể. Từ những đặc điểm trên ta có những yêu cầu cơ bản với hệ th ống truy ền động cho các cơ cấu của cầu trục như sau: - Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản - Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễ dàng - Trong sơ đồ điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, quá tải và ngắn mạch - Quá trình mở máy diễn ra theo một quy luật được định sẵn - Sơ đồ điều khiển cho từng động cơ riêng biệt,độc lập - Có công tắc hành trình hạn chế quá trình tiến,lùi cho xe c ẩu , xe con và hạn chế hành trình lên xuống của cơ cấu nâng hạ - Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp - Tự động cắt nguồn cấp khi có người làm việc trên xe cầu. 4.Đặc điểm của cơ cấu nâng hạ cầu trục Momen cản của cơ cấu luôn không đổi cả về độ l ớn và chi ều b ất k ể chi ều quay của động cơ thay đổi thế nào. Nói cách khác, momen c ản c ủa c ơ c ấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng, có đặc tính Mc = constant và không ph ụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen c ủa c ơ c ấu do trọng lực của tải gây ra. Khi nâng tải, momen có tác dụng c ản tr ở chuy ển động, tức là hướng ngược chiều quay. Khi hạ tải, momen thế năng lại là momen gây ra chuyển động, tức là nó hướng theo chiều quay của động cơ. Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:
Khi nâng tải động cơ làm việc ở chế độ động cơ Khi hạ tải có thể có hai chế độ: hạ động lực và hạ hãm - Hạ động lực thực hiện khi tải trọng nhỏ, khi đó mômen do tải trọng gây ra không đủ để thắng mômen ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ động cơ. - Hạ hãm thực hiện khi tải trọng lớn, khi đó mômen do tải trọng gây ra rất lớn. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để giữ cho tải trọng được hạ với tốc độ ổn định. Đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ: làm việc ở chế độ ngăn hạn lặp lại, thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay lập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định. Chương 2. Lựa chọn phương án truyền động 1.Lựa chọn loại động cơ 1.1.Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ - Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, đặc biệt là đ ộng c ơ rôto l ồng sóc; so v ới động cơ một chiều thì động cơ không đồng bộ có giá thành h ạ, v ận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ có thể dùng trực tiếp
lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thi ết b ị bi ến đổi kèm theo. - Nhược điểm: điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn so với động cơ điện một chiều. 1.2.Động cơ điện một chiều - Ưu điểm: khả năng chịu quá tải lớn, có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. - Nhược điểm: so với động cơ không đồng bộ để ch ế tạo động c ơ đi ện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn, do cấu tạo có hệ thống chổi than cổ góp nên việc bảo dưỡng phải thường xuyên hơn. *Kết luận: qua những phân tích so sánh ở trên em chọn phương án sử dụng động cơ điện một chiều vì những ưu điểm nổi bật trong việc điều chỉnh tốc độ, khả năng chịu quá tải. 2.Tính chọn công suất động cơ 2.1.Xác định phụ tải tĩnh - khi nâng có tải: - khi nâng không tải: - khi hạ có tải: - khi hạ không tải: Ta có tốc độ nâng hạ là 0.35m/s nên tổng thời gian làm việc là: -momen đẳng trị: 2.2.Xác định hệ số tiếp điện Hệ số tiếp điện tương đối: 2.3. Lựa chọn động cơ Tốc độ góc của động cơ: Tốc độ quay của động cơ: Công suất động cơ:
Ta chọn động cơ có công suất: Từ các số liệu tính toán,tra bảng phụ lục 4 sách “Các đặc tính của động cơ trong truyền động điện-Bùi Đình Tiếu” chọn động cơ kích từ song song ki ểu M v ới các số liệu như sau: Uđm=220 (V) Pđm= 16 (kW) Iđm = 84 (A) n= 700 (vg/ph) Dòng điện định mức của cuộn kích từ song song: 1,97 (A) 3.Chọn phương án truyền động Trong phạm vi đồ án này em sử dụng hệ truyền động chỉnh lưu tiristor-động cơ một chiều T-Đ vì những ưu điểm nổi bật của nó: mạch lực đơn giản, kích thước gọn nhẹ, tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ tự động điều chỉnh để nâng cao chất lượng tĩnh và động của hệ thống. 3.1.Chỉnh lưu cầu một pha
Đồ thị áp-dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Để đưa dòng điện ra tải luôn cần có hai van cùng dẫn vì vậy xung điều khiển phải đưa tới hai van cùng thời điểm để T1 cùng dẫn với T2; T3 cùng dẫn với T4. Khi van T1,T2 dẫn sẽ có dòng chảy qua tải và ch ưa k ịp t ắt thì van T3,T4 đã được phát xung mở trở lại như vậy dòng t ải s ẽ liên t ục. Coi đi ện cảm L đủ lớn để dòng điện có độ gợn sóng không đáng k ể, nên = là giá tr ị không đổi. +Ưu điểm: có thể không cần sử dụng máy biến áp, khi điện áp ra tải phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều thì có th ể mắc trực ti ếp m ạch ch ỉnh l ưu vào lưới điện +Nhược điểm: có hai van tham gia dẫn dòng, như vậy sẽ có sụt áp do hai van gây ra, chính vì vậy khiến cho mạch cầu không thích h ợp v ới ch ỉnh l ưu đi ện áp thấp dưới 10V khi dòng tải lớn. 3.2.Chỉnh lưu ba pha hình tia
Đồ thị áp-dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Điểm tính góc điều khiển không ph ải điểm qua 0 mà ch ậm pha hơn một góc 30 điện, tương ứng với điểm giao nhau của điện áp nguồn. Xung điều khiển các van lệch nhau một phần ba chu kỳ, tức 120 điện. Với điện cảm L đủ lớn có thể coi là giá trị không đổi. Dạng điện áp b ằng điện áp phía nguồn có van đang dẫn. Giá trị điện áp tuân theo qui luật: với +Ưu điểm: sụt áp trong mạch van nhỏ do dòng chỉ chạy qua một van, sử dụng nguồn ba pha nên cho phép nâng công suất tải lên nhiều. m ặt khác đ ộ đ ập m ạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích th ước bộ lọc cũng nhỏ đi. +Nhược điểm: cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải, mà công suất biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần.
3.3.Chỉnh lưu cầu ba pha Đồ thị áp-dòng trên tương ứng với trường hợp tải RL hoặc RLE ở chế độ dòng tải liên tục. Mạch van được đấu thành hai nhóm: nhóm van đánh số lẻ đấu chung katôt, nhóm van đánh số chẵn đấu chung anôt. Để điều khiển van cần tuân thủ một số quy luật sau: • Với tiristor của nhóm đấu katôt chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương. • Với tiristor của nhóm đấu anôt chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là điểm giao nhau của các điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm. • Xung điều khiển được phát theo đúng thứ tự đánh số từ T1 đến T6 cách nhau 60 điện, còn trong mỗi nhóm thì xung phát cách nhau 120
• Để thông mạch điện tải cần hai van cùng dẫn, trong đó mỗi nhóm phải có một van tham gia, do đó hai van có thứ tự cạnh nhau phải được phát xung cùng lúc. Vì vậy dạng xung là xung kép: xung thứ nhất được xác định theo góc điều khiển cần có, xung thứ hai là đảm bảo điều kiện thông mạch, thực tế là xung của van khác gửi đến. Quy luật điều chỉnh (chế độ dòng liên tục): với +Ưu điểm: cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha; đ ộ đ ập m ạch r ất nh ỏ; s ử dụng nguồn ba pha nên công suất lớn, công suất máy biến áp cũng chỉ x ấp x ỉ công suất tải. +Nhược điểm: sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa dòng điện ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V. *Kết luận: từ các phân tích về ưu nhược điểm của các sơ đồ chỉnh lưu nói trên, với tải là động cơ một chiều có công suất 16kW thì việc sử dụng chỉnh lưu cầu ba pha là hợp lý nhất. Đồng thời do đặc điểm hệ truyền động của cơ cấu nâng hạ là thường xuyên phải dừng máy và không đòi hỏi đảo chiều ngay l ập tức mà thường có trễ sau một thời gian nhất định nên em sẽ s ử dụng m ột b ộ biến đổi chuyển mạch phần ứng.
Chương 3. Tính toán mạch lực 1.Sơ đồ nguyên lý mạch Phương trình đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập: Từ phương trình trên ta thấy có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ .
Điện áp phần ứng của động cơ lại phụ thuộc vào điện áp một chiều sau chỉnh lưu . Mặt khác, điện áp chỉnh lưu với chỉnh lưu cầu 3 pha được xác định bởi công thức: ( là điện áp phía thứ cấp máy biến áp phụ thuộc vào điện áp của lưới và hệ số máy biến áp). Chính vì vậy ta có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ thông qua việc thay đổi góc điều chỉnh . Việc thay đổi góc điều chỉnh này sẽ được đề cập đến ở chương sau. Vấn đề thay đổi chiều quay của động cơ sẽ được thực hiện bằng việc đóng mở các tiếp điểm T và N. Khi nâng tải,cấp điện cho động cơ đồng thời đóng tiếp điểm T, mở tiếp điểm N, động cơ sẽ quay để nâng tải lên (quy ước đây là chiều quay thuận). Động cơ sẽ quay ngược khi hạ tải với tải trọng nhỏ hơn momen ma sát của cơ cấu, thực hiện điều này bằng cách đóng tiếp điểm N, mở tiếp điểm T. 2.Tính toán máy biến áp lực 2.1. Tính các thông số của máy biến áp Điện áp một chiều tổng quát tương ứng tải định mức: = Trong đó: - là tổng các sụt áp khi tải định mức - là điện áp một chiều ra tải định mức - tổng sụt áp trên van, trong sơ đồ cầu 3 pha mỗi thời điểm có 2 van dẫn nên =2 (sụt áp trên van các van thông thường nằm trong khoảng (12,6) V, chọn =1,75 V). Do đó: =2=2.1,75=3,5 (V) - là sụt áp trên biến áp khi có tải, nằm trong khoảng (5 , chọn 8%=8%.220=17,6 (V) - là sụt áp trên bộ lọc một chiều, nằm trong khoảng (5, chọn Từ đó, điện áp một chiều sau chỉnh lưu là: Mặt khác điện áp chỉnh lưu với chỉnh lưu cầu 3 pha được xác định bởi công thức: với Chọn , do đó điện áp thứ cấp định mức: Ta có: Biến áp nguồn đấu theo kiểu Y/Y, điện áp pha của lưới =220 V Hệ số máy biến áp:
Dòng điện cuộn thứ cấp: Dòng điện cuộn sơ cấp: Tiết diện trụ của lõi thép biến áp có thể được tính theo công thức: 2.2.Tính toán dây quấn biến áp Số vòng dây của mỗi cuộn được tính bởi công thức: Trong đó: U – điện áp cuộn dây cần tính B – từ cảm, thường chọn trong khoảng (1,0) Tesla. Chọn B=1,4 - tiết diện lõi thép f – tần số lưới điện xoay chiều f=50Hz Số vòng dây của cuộn sơ cấp là: =>=82 vòng Số vòng dây cuộn thứ cấp là: =>=42 vòng Tính tiết diện dây: Trong đó: I – dòng điện chạy qua cuộn dây J – mật độ dòng điện trong biến áp, thườn chọn trong khoảng (2) A/. Chọn J= 2,4 A/ Tiết diện dây sơ cấp: Tiết diện dây thứ cấp: Do không có kích thước dây tròn phù hợp nên sử dụng dây hình chữ nhật Chọn loại dây dẫn phù hợp cho từng loại (kể cả lớp cách điện) là: Với dây sơ cấp: a x b=2,8 x 5,2=14,56 ( Với dây thứ cấp: a x b=4,0 x 7,4= 29,6 2.3. Tính kích thước mạch từ
Chọn sơ bộ các kích thước cơ bản của mạch từ: Chọn trụ hình chữ nhật có kích thước =a.b Theo kinh nghiệm thường chọn l=b/a=1 Ta chọn l=1,5 nên b=1,5a Do đó: =a.b=1,5=86,5 ( Suy ra: b=1,5a=1,5.7,6=11,4 (cm) Chọn lá thép, thường chọn lá thép bề dày 0,35mm và 0,5mm. Chọn loại 0,5mm Diện tích cửa sổ cần có: =..+.. là hệ số lấp đầy thường chọn 2,0. Chọn =2,8 Do đó kích thước cửa sổ: Các kích thước cơ bản thường chọn dựa vào hệ số phụ: m=h/a Theo kinh nghiệm thường chọn: m=2,2 Do đó: h=m.a=2,2.7,6=16,7 (cm) => c= /h=71,2/16,7=4,3(cm) Chiều rộng toàn bộ mạch từ: C=2c+3a=2.4,3+3.7,6=31,4 (cm) Chiều cao mạch từ: H=h+2.a=16,7+2.7,6=31,9 (cm) 2.4.Kết cấu dây quấn Số vòng dây trên mỗi lớp: Trong đó: h – chiều cao cửa sổ – khoảng cách cách điện, thường chọn trong khoảng (2mm, chọn =5 mm – chiều rộng dây quấn chữ nhật kể cả cách điện Do đó:
Số vòng dây trên mỗi lớp sơ cấp là: Như vậy một lớp dây sơ cấp quấn được 31 vòng. Số vòng dây trên một lớp thứ cấp là: Như vậy một lớp thứ cấp quấn được 21 vòng. Số lớp dây của cuộn sơ cấp trong cửa sổ: =>cuộn sơ cấp có 3 lớp dây. Số lớp dây của cuộn thứ cấp trong cửa sổ: =>cuộn thứ cấp có 2 lớp dây. Bề dày của mỗi cuộn dây là: Trong đó: cd - bề dày bìa cách điện , có các độ dày: 0,1 ; 0,3 ; 0,5; 1,0 ; 2,0 ; 3,0 Chọn cd=0,5 – chiều cao của dây dẫn Bề dày cuộn sơ cấp: Bề dày cuộn thứ cấp: Tổng bề dày các cuộn dây: Bd=9,9+9+0,5.2=19,9 (mm) Có 2.BD=19,9.2=39,8 (mm) < c=43 mm nên kích thước cửa sổ đã chọn là hợp lý. 3.Tính chọn van mạch lực 3.1.Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện Cần chọn van theo nguyên tắc dòng điện của van được chọn phải thỏa mãn: Trong đó: • - dòng trung bình của van được chọn • - hệ số dự trữ về dòng điện cho van. Tải ở đây là động có dòng điện lớn nên hệ số dự trữ nằm trong khoảng (1,5. Chọn Với chỉnh lưu cầu 3 pha dòng trung bình qua mỗi Tiristor: Do đó cần chọn van có dòng trung bình thỏa mãn: Tuy nhiên trị số dòng điện cho phép đi qua van trong sổ tay tra cứu chỉ đúng khi van làm việc ở các điều kiện tiêu chuẩn nên cần phải hiệu chỉnh lại. Trong tất cả các mạch chỉnh lưu, van đều dẫn dòng theo chu kỳ lưới điện xoay chiều, là qui chuẩn khi dòng qua van có dạng hình sin và kéo dài đúng nửa chu kỳ nguồn điện (. Với chỉnh lưu cầu 3 pha khoảng dẫn của van là: Nên giá trị dòng cho phép trên van cũng giảm đi và bằng 0,8 Vậy phải chọn van có dòng trung bình thỏa mãn:
3.2.Chọn van theo chỉ tiêu điện áp Tương tự với chọn van theo chỉ tiêu dòng điện, chọn van theo chỉ tiêu điện áp cũng theo nguyên tắc điện áp của van được chọn phải thỏa mãn điều kiện: Trong đó: • – hệ số dự trữ về điện áp cho van, thương lấy trong khoảng (1,72,2). Chọn =1,6 • - điện áp ngược max trên van, được tính bởi công thức: Do đó tiristor cần phải chịu được điện áp ngược cực đại là: Từ các thông số trên tra phụ lục 2 sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất-Phạm Quốc Hải” chọn tiristor loại T10-40 cấp 5 có các thông số: =40 (A) = 500 (V) =1,75 (V) Do thực tế làm việc van có sụt áp nên khi làm việc với dòng điện tải lớn, công suất phát nhiệt của bản than van rất lớn. Do đó cần phải có biện pháp làm mát cho van. Với van có các thông số như đã chọn thì cần sử dụng biện pháp làm mát bằng quạt gió, số cánh tản nhiệt là 4 với tổng diện tích bề mặt tản nhiệt khoảng 7 4.Tính toán thiết kế bộ lọc 4.1.Tính chọn tham số bộ lọc Mục đích của việc tính toán bộ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện cảm lọc và tụ lọc sao cho thỏa mãn hệ số đập mạch cho trước đồng thời hiệu chỉnh để có kích thước vừa phải. Các bộ lọc một chiều thường dùng hệ số san bằng để đánh giá hiệu quả của bộ lọc: Trong đó : • - hệ số đập mach đầu vào, thường là của sơ đồ chỉnh lưu đứng trước bộ lọc. • - hệ số đập mạch đầu ra, đặc trưng cho khả năng giảm độ đập mạch của bộ lọc. Vì bộ lọc phải có tác dụng giảm độ đập mạch do đó phải có , nghĩa là bộ lọc có càng lớn thì càng hiệu quả. Cả hai hệ số đập mạch này đều tính theo biểu thức định nghĩa: Trong đồ án này em sử dụng lọc điện cảm mắc nối tiếp với tải. Cần xác định hệ số đập mạch vào lớn nhất tương ứng với góc điều khiển Khi đó điện áp trên động cơ là nhỏ nhất, ứng với tốc độ góc nhỏ nhất: Ta có điện áp định mức của động cơ xác định bởi:
Điện áp nhỏ nhất trên động cơ là: Lại có: Tra đồ thị ta được độ đập mạch tương đối ứng với là: Hệ số đập mạch tương ứng với góc điều khiển là: Chọn yêu cầu hệ số đập mạch ra không lớn hơn 0,1 Khi đó hệ số san bằng của bộ lọc là: Sử dụng bộ lọc điện cảm, giá trị của điện cảm lọc: Trong đó: - là tổng tất cả các điện trở tải - là số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu - là tần số góc của điện áp xoay chiều (rad/s) Thay vào công thức trên ta được: 4.2.Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc một chiều Trước tiên ta cần xác định các số liệu cần thiết cho việc thiết kế như sau: - Giá trị điện cảm lọc L=11,1mH - Dòng điện một chiều trung bình qua cuộn cảm =84 A - Sụt áp một chiều tối đa cho phép trên cuộn kháng , thường nằm trong khoảng (5điện áp ra tải. Chọn =6%.220=13,2V - Sụt áp xoay chiều tối đa cho phép trên cuộn kháng =6V - Tần số đập mạch của sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu =m.f=6.50=300 (Hz) - Nhiệt độ môi trường nơi đặt cuộn kháng =C - Chênh lệch nhiệt độ tối đa cho phép giữa nhiệt độ cuộn dây điện cảm và nhiệt độ môi trường =C Các bước tính toán cụ thể như sau: • Các kích thước của lõi thép:
a=2,6=2,6=6,89 (cm) . Chọn a=9cm b=1,2a=1,2.9=10,8 (cm) c=0,8a=0,8.9=7,2 (cm) h=3a=3.9=27 (cm) Tiết diện lõi thép: =a.b=9.10,8=97,2 () Diện tích cửa sổ: () Độ dài trung bình đường sức: =2(a+h+c)=2.(9+27+7,2)=86,4 (cm) Độ dài trung bình dây quấn: =2(a+b)+c=2(9+10,8)+=62,22 (cm) Thể tích lõi thép: =2ab(a+h+c)=2.9.10,8(9+27+7,2)=8398 () • Điện trở dây quấn ở nhiệt độ C đảm bảo độ sụt áp cho phép: =0,121 ( • Số vòng dây của cuộn cảm: w=255 vòng • Tính mật độ từ trường: • Tính cường độ từ cảm: • Tính hệ số theo H và B . Vì B>0,005 T nên: • Tính trị số điện cảm nhận được: Trị số này lớn hơn 5% giá trị yêu cầu nên chấp nhận được • Tiết diện dây quấn: Chọn dây tiết diện chữ nhật có kích thước: a x b=4,1 x 5,9 ; s=23,3
• Xác định khe hở tối ưu: Vì vậy miếng đệm sẽ có độ dày : • Tính kích thước cuộn dây Chọn lõi cuốn dây có độ dầy 5mm, nên độ cao sử dụng để quấn dây sẽ là: • Số vòng dây trong một lớp: Như vậy một lớp dây quấn được 44 vòng • Tính số lớp dây Vậy cần quấn 6 lớp Lấy khoảng cách giữa hai lớp dây quấn thì độ dày của cả cuộn dây là: Độ dày cuộn dây nhỏ hơn kích thước cửa sổ nên thỏa mãn • Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ Tổn thất trong dây quấn đồng: Tổng diện tích bề mặt của cuộn dây: =2.26(9+10,8+)+1,4.3,1(3,1+2.9) =1656,4 ( Hệ số phát nhiệt Độ chênh lệch nhiệt độ: Độ chênh này quá mức cho phép nên cần khắc phục bằng cách làm mát cưỡng bức, đồng thời do kích thước cửa sổ còn khá rộng nên có th ể tăng khoảng cách giữa các lớp dây quấn để tăng bề mặt thoát nhiệt của cuộn dây 5.Tính toán bảo vệ mạch lực Trong bộ chỉnh lưu, phần tử kém khả năng chịu được những biến động mạnh về điện áp và dòng điện chính là các van bán dẫn. Vì vậy việc bảo vệ mạch lực chủ yếu là bảo vệ các van bán dẫn khỏi hai trạng thái: quá dòng và quá điện áp. 5.1.Bảo vệ quá dòng Có hai kiểu bảo vệ quá dòng là bảo vệ qua dòng ngắn hạn và bảo vệ quá dòng lâu dài. Với tiristor cần phải bảo vệ tốc độ tăng dòng cho phép di/dt do đặc điểm của tiristor khi bắt đầu dẫn không cho phép dòng qua nó tăng nhanh vượt giới hạn cho phép ,nếu không van sẽ bị đánh thủng. Để bảo vệ phải có điện
cảm phía xoay chiều nhằm hạn chế tốc độ tăng dòng này. Bộ chỉnh lưu được sử dụng ở đây đã có biến áp lực nên bản than điện cảm của cuộn dây biến áp đẫ giữu vai trò của bảo vệ điện cảm do đó không cần quan tâm đến vấn đề này nữa. Bảo vệ quá dòng lâu dài: khi van chịu dòng quá khả năng của nó mặc dù không lớn song lại lâu dài thì van sẽ bị nóng quá mức và hỏng do bị phá hủy về nhiệt. Điều này xảy ra trong trường hợp đấu song song nhiều van cùng loại để tăng dòng tổng, tuy nhiên do đặc tính VA của van khác nhau dẫn đến sự phân dòng cho mỗi van không đều, có van sẽ chịu dòng lớn hơn tính toán. Tuy nhiên sơ đồ mạch lực không sử dụng kiểu đấu song song nhiều van nên không cần phải xét trường hợp này. Bảo vệ quá dòng điện ngắn hạn: khi mạch có sự cố, dòng điện qua van trong mạch lực tăng nhanh và thường kéo dài cỡ 10ms mặc dù các phần tử bảo vệ đã tác động. Do đó cần phải có phần tử bảo vệ tác động kịp thời. Ở đây em lựa chọn cầu chì tác động nhanh có thông số: Tra phụ lục 6 sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất-Phạm Quốc Hải” chọn cầu chì loại: 6,600 CP URC 14-51/50 có 5.2.Bảo vệ quá điện áp 5.2.1.Các nguyên nhân gây ra quá áp Quá áp gây hỏng van có hai dạng: quá áp về biên độ vượt trị số cho phép của van và quá tốc độ tăng điện áp thuận đặt lên van. Các nguyên nhân gây ra quá áp: • Quá áp từ lưới điện đưa tới. Đây là quá áp như: do sét đánh vào đường dây điện, do đóng ngắt các phụ tải chung nguồn với bộ chỉnh lưu. • Quá áp do đóng ngắt các khối chức năng của bản thân bộ chỉnh lưu. • Quá áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các van khi làm việc. Loại này mang tính chất chu kỳ, thương xuyên và gắn liền với sự hoạt động của mạch chỉnh lưu, còn hai loại trên thường mang tính ngẫu nhiên. 5.2.2.Các biện pháp bảo vệ quá áp +Bảo vệ quá áp do phía nguồn xoay chiều gây ra Tốt nhất là sử dụng các phần tử bảo vệ được chế tạo cho việc chống quá áp trên lưới điện như varistor. Tra phụ lục 6 sách “Hướng dẫn thiết kế điện tử công suất-Phạm Quốc Hải” chọn loại varistor Z380LP có các thông số: 530 V +Bảo vệ các xung áp trên van Biện pháp bảo vệ thông dụng nhất hiện nay là dùng mạch RC mắc song song với van. Chọn giá trị của RC theo kinh nghiệm thực tế: điện trở nằm trong khoảng chục đến trên 100, tụ điện từ 0,1 đến 2 (van càng lớn thì tụ lớn hơn và trở nhỏ đi). Chọn: R=80 ; C=0,6 .