Thiết kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B

a1 900 với quan hệ góc mở: a1 + a2 = 1800 Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2 ud1 = Ud0cosa1 ud2 = Ud0 cosa2 Điện áp đặt nên động cơ là ud , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm N- M, ud = uk - O ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 ) Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ a1= 300 , a2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còn dòng icb . Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ , do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này. Trong sơ đồ sử dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb Ê 10% Id . A B C AB * * * * * * MBA T1 T2 T3 T4 T5 T6 R C C R C K1 C K2 Đ CKĐ CK 0 N M K Sơ đồ mạch động lực Như ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch. Như vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb . Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id . II- Thiết kế mạch điều khiển 1, Giới thiệu chung Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở các tiristo tại các thời điểm yêu cầu. Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu như: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc. thông thường đối với các bộ chỉnh lưu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) ms là đảm bảo mở chắc cắn các tiristo. mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển. Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm: + Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đưa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lưu ( ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì nguồn). Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến. + Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung ddieef khiển với tần số thường cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào đó (Ud , Id ... ) không thay đổi. Để đạt được điều này thì tần số xung phải được khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lượng cần ổn định. Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít được dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất. 2, Thiết kế mạch phát xung A, Lựa chọn phương pháp phát xung Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là: + Phát xung điều khiển theo pha đứng. + Phát xung điều khiển theo pha ngang. + Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc. a, Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được . Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở a rộng , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển... Do đó hệ thống này được sử dung rộng rãi. b, Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc ( UJT ) Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT. Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở a có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi . Mặt khác, trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển. c, Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R - L ) . Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển. Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở a hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển ... do vậy thường ít được sử dụng. d, chọn phương pháp điều khiển Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển. Do vậy, phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này. B, Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng urc u1 ĐBH & FSRC SS TX uđk XĐK Khối 1 Khối 2 Khối 3 Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa. Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối so sánh. Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới mạch tạo xung. Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân điều khiển của tiristo. a, Mạch đồng bộ hoá Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khong cách ly được diện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng. Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ. Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của uđb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các tiristo. Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu D - YO để thực hiện chức năng này. Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ như hình vẽ: A B C * * * * * * ua ub uc 0 UA UB UC ub uc ua b, mạch phát sóng răng cưa Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng cưa. Tuy nhiên , để tạo ra được quan hệ góc mở : a2 + a2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng cưa rất chính xác. Ta nghiên cứu một số sơ đồ để tìm ra sơ đồ đáp ứng được yêu cầu này. 1b- Sơ đồ diốt - điện trở - tụ điện - tranrito * sơ đồ mạch: uđb D R1 R3 R4 R5 u +ucc Nguyên lý hoạt động: Giả thiết tại t = 0 điện áp trên tụ uc = 0 khi uđb bắt đầu chuyển sang dương thì diốt D mở, tranrito khoá và tụ được nạp từ nguồn một chiều với quan hệ: uc = Ucc ( 1 - e-t/RC ) ở nửa chu kỳ sau , D khoá ,tranrito mở nhờ điện trở định thiên R1, R2 tụ C sẽ phóng điện qua R4, điện áp trên tụ trở về 0 và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo. - Giản đồ điện áp: nếu ta coi diện áp trên R4 và tranrito khi tụ phóng là nhỏ thì giản đồ điện áp có dạng: u p 0 2p wt Nhận xét: Điện áp răng cưa của tụ có dạng: urc = Ucc (1 - e-t/RC ) Đây là quan hệ hàm mũ nên việc tính toán là khó khăn và khó đảm bảo quan hệ : a1+ a2= 1800. 2b- Sơ đồ dùng hai tranrito D R1 R2 uđb Tr1 Tr2 R3 R5 R4 C urc +ucc D2 u * Sơ đồ mạch: Nguyên lý hoạt động: Trong sơ đồ này có trang bị thêm: T2, D2, R4, R5 là mạch ổn định dòng để nạp cho tụ, điện áp giữa cực gốc với cực phát của Tr2 là: ucb2 = u0 - ic2R4 Vì sụt áp phát - gốc trên Tr2 khi mở hầu như không thay đổi khi dòng cực gốc thay đổi, nên ta coi : ueb2= A = const. Vậy ta có: Mặt khác ta lại có: iC2 ằ ie2 nên dòng cực góp Tr2 coi như không đổi ở nửa chu kỳ dương , D khoá, Tr1 mở và tụ C được nạp điện : u p o 2p wt ở nửa chu kỳ âm, D khoá, Tr1 mở nhờ điện trở định thiên R1,R2 . Tụ C phóng qua R2 và Tr1.Ta có giản đồ điện áp như hình vẽ: Nhận xét: Sơ đồ ày cho dạng điện áp răng cưa chính xác nhưng do có điện trở bảo vệ R3 mà điện áp trên tụ không giảm xuống o(v) được. Mặt khác , điện trở tải nhỏ sẽ ảnh hưởng đến dạng điện áp urc . 3b- Sơ đồ dùng IC khuyếch đại thuật toán * Sơ đồ mạch điện +Ucc - + D R1 R2 uđb u urc R3 R4 C -Ucc IC *Nguyên lý hoạt động - ở nửa chu kỳ dương Tr khoá , điện áp âm qua R3,R4 dẫn tới đầu vào đảo của IC khiến điện áp ra của IC có giá trị dương và tụ C được nạp bởi điện áp đầu ra này. Dòng nạp cho tụ được xác định là: ic = iv - i1 nếu IC là lý tưởng thì iv = 0 nên ic= -i1 Nên Ic= const và điện áp trên tụ tuyến tính - ở nửa chu kỳ âm, D khoá. Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R1 ,R2; tụ C phóng điện qua Tr. Điện áp trên tụ giảm về o. Giản đồ điện áp như hình vẽ: wt u o urc p Nhận xét: Sơ đồ này có ưu điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác , dung lượng của tụ C cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr. Mặt khác, do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu như không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của IC . Điện áp ra có dạng gần lý tưởng. * Để nâng cao chất lượng làm việc của hệ thống ta sử dụng mạch như ở sơ đồ hình vẽ sau: urc urc - + C R3 R4 - + C R3 R4 -UCC +UCC u Ic1 Ic2 udb D, Khối so sánh Việc so sánh với điện áp răng cưa và điện áp điều khiển có thực hiện bằng Tranrito hay vi mạch điện tử. Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngược chiều nhau. phương pháp so sánh nối tiếp có ưu điểm là chính xác nhưng khi tín hiệu răng cưa có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn . Do đó ta chỉ nghiên cứu phương pháp so sánh song song . a, Sơ đồ so sánh song song dùng Tranrito Sơ đồ: a u urc ur uđk p 0 0 R1 R2 urc uđk ur R3 Tr +Ucc wt wt Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp Trong sơ đồ Tr đảm nhận chức năng so sánh , urc có xu hướng khoá Tr , uđk có xu hướng mở Tr. Khi urc < uđk thì Tr mở nhờ điện áp thuận uđk , ur = 0 Khi urc > uđk thì Tr bị khoá, ur = +Ucc b,Sơ đồ dùng vi mạch Sơ đồ R3 Sơ đồ mạch và đồ thị điện áp a ur wt wt u urc ur uđk p 0 0 R1 R2 uc udk - IC + - Khi urc < uđk đầu ra Ic có giá trị điện áp âm, diốt D thông và ur = 0. -Khi urc > uđk đầu ra IC có điện áp dương , D khoá và đầu ra có urmax. Nhận xét: Việc so sánh bằng Tranrito tuy đơn giản nhưng không chính xác vì Tranrito không thể mở khi ỗurc - uđk ỗ= 0 .Việc dùng vi mạch cho phép xác định góc a chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hoà rất nhanh. Do đó ta chọn dùng sơ đồ dùng vi mạch . E, Mạch tạo xung Để đảm bảo độ chính xác của thời điểm suất hiện xung và tính đối xứng của các xung ở các kênh khác nhau... nên khâu so sánh thường cho công suất xung ra nhỏ nó chưa đảm bảo các thông số yêu cầu vì vậy cần có mạch tạo xung. Mạch tạo xung gồm nhiều khâu như: truyền xung, khuyếch đại xung , sửa xung. a, Mạch truyền xung Để truyền xung điều khiển đến các chân điều khiển của các tiristo tốt nhất là dung biến áp xung , vừa có thể cách ly giữa mạch động lực với mạch điều khiển , vừa có thể đồng thời đưa nhiều xung đến mở các tiristo nối tiếp hay song song . -Ucc D BAX b, Mạch khuyếch đại xung D1 D2 Tr1 Tr2 +ucc -Ucc D BAX Để khuyếch đại ta có thể dùng Tranrito hay tiristo .Các mạch dùng tiristo thường được dùng trong những trường hợp có đòi hỏi công suất xung điều khiển lớn và thời gian tồn tại xung dài, trường hợp này thường ít gặp . Trongthực tế người ta thường dùng Tranrito , để giảm sự phức tạp của tầng khuếch đại trong nhiều trường hợp người ta thường dùng hai Tranrito mắc theo kiểu Dalinton. Hai Tranrito mắc nối tiếp tương đương với một Tranrito có hệ số khuyếch đại dòng là b = b1.b2 Trong đó : b1,b2 là hệ số khuyếch đại của Tr1, Tr2. F, Khối sửa xung Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung thường thay đổi theo góc mở a. Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung ra đủ mức cần thiết . Ta biết rằng với hai BBĐ đồng thời cùng làm việc ( a1 + a2 = 1800 ) thì góc mở a luôn nhỏ hơn 1800 một góc d nào đó , để đảm bảo cho bộ biến đổi không bị lật nhào nghich lưu thì góc d thường phải nhỏ hơn 300 điện , tức là lớn hơn 600 ms. Thời gian này thừa để mở các tiristo cho nên ta chỉ cần sửa xung theo hướng thu ngắn lại. Sơ đồ mạch sửa xung như hình vẽ ( gồm: C, R2, R3, D1) . Để thuận tiện cho việc khảo sát sơ đồ , ở đây có ghép thêm phần mạch so sánh và mạch khuyếch đại xung. Tr2 +ucc R1 * * -24V uđkT - ss + C1 2r d3 d4 tr3 Nguyên lý hoạt động: + Khi điện áp đầu ra khâu so sánh có giá trị dương, tụ C sẽ được nạp qua điện trở 2R và diốt D2 , D3 . Lúc này Tr1, Tr2 khoá nhờ điện áp trên tụ C và điện áp nguồn +15V. + Khi điện áp đầu ra IC có giá trị âm ,tụ C sẽ phóng qua Tr1, Tr2 , 2R. Lúc này Tr1, Tr2 mở và có xung ra. phương trình nạp cho tụ là 2Ri + ũ i dt = Urbh Viết dưới dạng khác ta có: Chuyển sang toán tử Laplax ta có: ị uc(t) = Ubh (1 - 2e-t /2RC) (1) u p/2 p 2p 3p wt urc - uđkT 0 uSS 0 wt wt wt wt uC uEB Tr2 -Tr1 0 0 uđkT1 0 uD2-D3 Giản đồ xung Mặt khác điện áp của điểm F được tính: Khi uF = 0 thì Tr1, Tr2 khoá lại và kết thúc xung ra. Lúc đó ta có: (1') Từ (1) và (1') ta rút ra thời gian tồn tại xung là: Bằng cách chọn giá trị của R, R1, C một cách thích hợp ta sẽ có được độ rộng xung ra từ ( 200 - 600 ) ms. Giản đồ điện áp như hình vẽ ( giả thiết tx < tbh của BAX ) * Mạch phân chia xung Trong một số hệ thống điều khiển bộ chỉnh lưu để đảm bảo tính đối xứng của tín hiệu điều khiển trên các van của sơ đồ chỉnh lưu ,người ta thường sử dụng một mạch đồng bộ hoá - pháp sóng răng cưa chung và khâu so sánh chung. Xung ra khâu so sánh có tần số gấp n lần tần số nguồn ( n là số van chỉnh lưu cần được cấp tín hiệu điều khiển từ hệ thống pháp xung này ). Trong sơ đồ hình tia ba pha ta sử dụng 6 hệ thống phát xung điều khiển riêng biệt nên không cần có mạch chia xung. Sơ đồ hai kênh điều khiển của hai van của hai bộ biến đổi trên cùng một pha như hình vẽ : C C +UCC Tr3 Tr2 +ucc R1 * * * * +ucc R1 -24V -24V uđkT uđkT -UCC - + - + - + - + C1 C1 uđkt udkng udb 3- Thiết kế mạch tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu Do hệ thống đòi hỏi chất lượng cao nên ta phải sử dụng các tín hiệu phản hồi. Vì vậy cần phải có mạch tổng hợp các tín hiệu đó lại . Mặt khác, để nâng cao độ cứng đặc tính cơ hệ kín ta cần khuyếch đại tín hiệu điều khiển với hệ số khuyếch đại khá lớn. Do đó cần phải có khâu khuyếch đại tín hiệu , về mặt nguyên lý khâu tổng hợp có thể thực hiện chức năng khuyếch đại nhưng để dễ điều chỉnh hệ số khuyếch đại , người ta thường thiết kế khâu khuyếch đại riêng. Trong truyền động điện người ta thường thực hiện các mạch vòng điều chỉnh tốc độ và dòng điện riêng nên ta chỉ cần tổng hợp tín hiệu chủ đạo và phản hồi tốc độ ở khâu tổng hợp . u u p/2 p 2p 3p wt p/2 p 2p 3p wt urc - uđkT 0 uSS wt wt wt wt uC uEB Tr2 -Tr3 0 0 uD2-D3 p/2 p 2p 3p wt 0 p 2p 3p wt wt wt u u 0 0 0 0 wt wt wt uđkT4 Du Giản đồ xung điều khiển cho T1 và T4 Để đảm bảo tính chính xác của việc tổng hợp ta dùng các vi mạch điện tử. Sơ đồ của khối tổng hợp và khuyếch đại như hình vẽ. Ucđ -Ăn Mạch tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu R R R1 R4 R2 R3 R6 R5a R5b urđk - IC2 + - IC1 + Ta có: urđk = KKĐ ( Ucđ - Ăn) a Trong đó: KKĐ là hệ số khuyếch đại a = a1a2 là hệ số phân áp 4,Một số mạch khác a,Mạch tạo nguồn nuôi Do trong mạch có sử dụng các vi mạch khuyếch đại thuật toán, ta cần phải sử dụng hai nguồn nuôi ngược dấu nối tiếp nhau và có điểm chung là điểm nối mát. Ta thiết kế mạch này như sau: +15 V - 15 V - 24 V 7815 7915 Điện áp xoay chiều được chỉnh lưu nhờ hai sơ đồ chỉnh lưu hình tia, điện áp ra được ổn định nhờ các vi mạch ổn áp và được lọc bởi các tụ đưa ra hai nguồn +15V và -15V có điểm chung là điểm o của biến áp. Hai nguồn này sẽ nuôi cho các vi mạch và làm nguồn điện áp ngưỡng. Sở dĩ phải có nguồn -24V là do công suất của các vi mạch hạn chế, nếu sử dụng cho mạch khuyếch đại xung đòi hỏi công suất lớn thì các vi mạch ổn áp sẽ bị quá nhiệt . Do đó nguồn nuôi cho mach khuyếch đại xung được lấy ở trước các vi mạch ổn áp. Nguồn này cần có điện áp lớn để khi điện áp lưới dao động vẫn đảm bảo điện áp ra của BAX đủ mở chắc chắn các tiristo . Mặt khác, điện áp lưới lớn khiến cho ta chỉ cần chọn các Tranrito khuyếch đại công suất có dòng nhỏ. b,Khối tạo điện áp chủ đạo Khối tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ nguồn +15V và -15V . "Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T - N . +15V - 15V T N R1 R2 Ucđ c, Khâu phản hồi tốc độ Để nâng cao độ cứng đặc tính cơ biện pháp tốt nhất là sử dụng phản hồi âm tốc độ R1 -Ăn Ft Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy phát điện một chiều có điện áp ra tỉ lệ với tốc độ động cơ . Tín hiệu phản hồi được lấy trên R1 đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu . d, Khối phản hồi âm dòng điện Để tránh dòng điện trong động cơ tăng qúa mức cho phép khi khởi động , hãm, đảo chiều hay gặp quá tải; ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện phần ứng . ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện .Sơ đồ mạch như hình vẽ : Máy biến dồng TI nhằm cách ly giữa mạch động lực và mạch điều khiển . Điện áp ra của TI được chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha ( để đảm bảo cho dòng điện trong cuộn thứ cấp của TI là dòng điện xoay chiều . ) . Tín hiệu phản hồi dòng điện được lấy một phần trên biến trở R rồi được đưa vào lọc và khuyếch đại bởi IC1 , IC2. Điện áp âm tên điện trở R4 có tác dụng như một ngưỡng; điện áp đầu ra IC2 được tính như sau: Ta chọn R5 = R6 a Là hệ số phân áp. R2 R1 R4 R5 R3 - IC2 + - IC1 + A B C TI C R C1 uIng uIt R6 R42 R10 R41 -15V Khi Iư < Ing ,điện áp đầu ra IC2 có dấu dương nên các diốt khoá , mạch phản hồi chưa có tác dụng . Khi Iư > Ing , điện áp ra có giá trị âm , lúc này mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở a làm giảm dòng phần ứng . e, Khối cải thiện chất lượng động của hệ thống Giả sử khi khởi động , ta có Ucđ > 0 ; lúc này: Ăn = 0 , bI = 0 nên góc a có giá trị nhỏ, điện áp ra có giá trị lớn. Vì khâu phản hồi dòng có quán tính lớn nên tại thời điểm đầu nó chưa tác động do đó điện áp chỉnh lưu có giá trị lớn và có thể gây ra sự quá điều chỉnh về dòng điện . Vì vậy ta phải có một mạch điên tác động hạn chế góc mở ngay từ thời điểm đầu, đó là khâu cải thiện chất lượng động . Sơ đồ mach như hình vẽ : uđkng uđkt - IC2 + - IC1 + - IC3 + - IC4 + -Ăn R1 R2 R3 R3 R4 R12 -K(ucđ - Ăn) R11 R10 - 15V R2 R4 D2 -b(Iư-Ing) R2 R5 R6 R4 R8 R9 R7 R8 R7 R8 K(ucđ- Ăn D1 R6 M N Nguyên lý hoạt động: Giả giử ban đầu ta khởi động động cơ theo chiều thuận: lúc này Ăn = 0 , điện áp ra IC3 = 0 nhờ điện áp âm lấy trên R10 mà điện áp đầu ra IC4 có giá trị dương nhỏ nhưng vì ucđ có giá trị dương lớn nên D1 thông và điện áp tại điểm M bằng điện áp đầu ra IC4 có giá trị nhỏ khiến cho góc a lớn dẫn đến dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép. Vì điện áp ra của IC2 cũng có giá trị dương nên D2 khoá lại , điện áp trên điểm N có giá trị âm lớn làm cho góc mở a2 lớn khiến bộ biến đổi ngược luôn nghịch lưu đợi . * Khi hệ thống đang làm việc bình thường : điện áp đầu ra IC4 có giá trị dương lớn, ặt khác (Ucđ - Ăn) có giá trị nhỏ nên D1 khoá lại . Lúc này điện áp ra của IC2 có giá trị âm , song ta không quan tâm việc D2 có mở hay không vì lúc này bộ biến đổi ngược đang nghịch lưu đợi . * Khi đang qoay thuận, nếu ta giảm tốc độ mạnh thì điện áp -(Ucđ - Ăn) có xu hướng dương lên . Mặt khác do quán tính nên Ăn chưa giảm ngay nên điện áp ra IC2 vẫn giữ giá trị âm cũ, lúc nàyD2 sẽ thông làm cho điện áp tai N bằng điện áp ra của IC2 và có giá trị âm khiến bộ biến đổi 2 nghịch lưu . Giá trị điện áp trên IC2 được tính sao cho điện áp ra của bộ biến đổi 2 lúc này nhỏ hơn sức điện động E để đẩm bảo bộ biến đổi 2 nghịch lưu . Phần III Tính chọn thiết bị III - 1 : ý nghĩa của việc tính chọn thiết bị Việc tính chọn thiết bị có một ý nghĩa rất quan trọng cả về mặt kỹ thuật và kinh tế .Việc tính chọn càng chính xác, tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống làm việc càng an toàn bấy nhiêu . Hơn nữa, việc tính chọn thiết bị chính xác còn nâng cao được hiệu suất của hệ thống. Nếu tính chọn thiếu chính xác thì hệ thống có thể làm việc kém chất lượng hoặc không làm việc được. Vì vậy việc tính chọn thiết bị phải đáp ứng được các yêu cầu sau: + Về mặt kỹ thuật phải đảm bảo yêu câu công nghệ và các thông số phù hợp với thiết bị . + Về mặt kinh tế, các thiết bị được chọn trong khi thoả mãn các yêu cầu k7x thuật phải đảm bảo có chi phí mua sắm hợp lý. iii- 2 tính chọn thiết bị mạch động lực Như phần tìm hiểu công nghệ ta đã biết động cơ truyền động chính có hai cấp tốc độ là: 1460 v/ph và 2890 v/ph ,công suất định mức là 10 KW , công suất động cơ ăn dao thường được chọn: PĐ = (0,1 á 0,2 ) Pđm , ta chọn PĐ = 0,1Pđm = 1KW. Với hiệu suất của hệ thống lấy bằng 80 % và khi kể đến hệ số quá tải để đảm bảo động cơ làm việc an toàn ta lấy Kqt = 1,25 . Khi đó công suất động cơ ăn dao được tính: PĐ = (1,25.1) / 0,8 = 1,56 KW Từ kết quả này ta chọn động cơ có số liệu sau:\ U (V) I (A) P (KW) n (v/ph) h (%) Rư+Rcf (W) GD2 (Kg) 220 9 1,5 1600 84 1,35 0,75 Hệ số khuyếch đại của động cơ được tính: a = 1+ Ău(q2 - q1) là hệ số quy đổi điện trở từ nhiệt độ q1 về nhiệt độ q2 ; Ău = 0,004 là hệ số dây quấn. Ta có a = 1 + 0,004 (75 - 20) = 1,2 ị Rồ = 1,63 W ị II, Tính chọn công suất máy biến áp động lực Như ở phần thiết kế ta đã chọn máy biến áp động lực có tổ đấu dây Y/Y0 , ở phần này ta tính toán các thông số cho nó. Máy biến áp được chọ theo điều kiện: + SđmBA ³ Stt + I1fđm ³ I1đm + I2fđm ³ I2đm + U2fđm ³ KuKRKaKaUđm * Điện áp thứ cấp được chọn theo biểu thức: U2đm ³ KuKaKRKaUđm Trong đó: + Uđm là điện áp định mức động cơ + Ku là hệ số xét tới ảnh hưởng khả năng ảnh hưởng dao động trong phạm vi cho phép của điện áp lưới. thường lấy Ku = 1,05 á 1,1 , ta chọn Ku = 1,1. + Ka là hệ số kể đến góc điều khiển nhỏ nhất (amin) nhằm đảm bảo chắc chắn hệ thống không dơi vào trạng thái lật nhào nghịch lưu, ta chọn: amin = 300 ị amax = 1500 ị Ka = 1/cosamin = 2/ + KR là hệ số xét đến sụt áp trên điện trở thuần của máy biến áp,trên điện cảm cuộn dây thứ cấp máy biến áp, do chuyển mạch, sụt áp trên dây nối và cuộn kháng, trên các van. KR thường được chọn : KR = 1,15 á 1,25, ta chọn: KR = 1,15. Ka là hệ só phụ thuộc sơ đồ chỉnh lưu Cuối cùng thay các giá trị hệ số vào ta được: U2đm ³ 0,85.1,1.(2/).1,15 = 260 (V) * Chọn giá trị hiệu dụng của dòng pha thứ cấp Để đơn giản ta bỏ qua giá trị của dòng cân bằng, khi đó ta có: I2đm = Iđm / = 9/ = 5,19 (A) + Giá trị hiệu dụng của dòng pha sơ cấp: I1đm = (mIđm )/ 3 , với m = U2/U1 = 260/220 = 1,18 là hệ số biến áp ị I1đm = 5 (A) * Công suất máy biến áp S = (S1+ S2)/ 2 = 1,345Pđ = 1,345.1,5 = 2 (KW) Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau: U1fđm (V) U2fđm (V) Sđm (KVA) I1đm (A) I2đm (A) 220 260 4 6 5,2 III, Tính chọn tiristo Tristo được chọn theo hai điều kiện chủ yếu sau: + Điều kiện về dòng điện: ITtb ³ Ki ITtbmax + Điều kiện về điện áp : Ungmax ³ Ku U2 a, Chọn theo điều kiện dòng điện ITtb ³ Ki ITtbmax Trong đó: Ki là hệ số dự trữ dòng điện, ta lấy Ki = 3 ITtbmax = Iđm / 3 Như vậy ta có: ITtb ³ 9 b, Chọn theo điều kiện điện áp Sơ đồ mạch chỉnh lưu của ta là hình tia do đó điện áp mà các van phải chịu là điện áp dây có giá trị bằng U2f Ungmax ³ KuU2f Trong đó : Ku là hệ số dự trữ về điện áp , ta chọn Ku = 1,5 ị Ungmax ³ 1,5. . 260 = 955 (V) Dựa trên cơ sở tính toán về điều khiện dòng điện và điện áp ta chọn tiristo có các thông số sau: mã hiệu IaT (A) Uim (V) Ig (A) Ug (V) du/dt (V/ms) di/dt (A/ms) T - 10 10 1000 1,2 2,5 100 100 IV, Tính chọn cuộn kháng cân bằng Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở hai pha cùng mở. Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn hơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng nề hơn và nó có khả năng phá hỏng các tiristo nếu ta không tìm cách hạn chế . Vì vậy nhất thiết phải đặt thêm cuộn kháng cân bằng. Để minh hoạ ta xét a1 = 300 ; a2 = 1500 Hình vẽ sóng điện áp cân bằng Qua hình vẽ ta thấy rằng: trong khoảng thời gian từ 0 á q1 dòng cân bằng chảy từ T5 vào T2 . Từ q2 á q3 dòng cân bằng chạy từ T1 vào T4 . Chênh lệch điện áp giữa hai bộ biến đổi là: u12 = uT5 - uT2 = uT1- uT4 = ua - ub = u2sin(wt + p/6) Gọi X1 = X2 = X là điện kháng của hai cuộn kháng cân bằng. Dịch gốc toạ độ theo chiều wt một góc 1500 điện thì: u12 = -u2 sinq , với q = wt u12 = 2X(di/ dwt) Û u2sinq = 2X (di/dwt) ịi = (u2coswt)/ 2X + C Khi wt = q2 thì icb = 0 Û i = u2 (coswt - cosq2) / 2X Giá trị trung bình của dòng điện cân bằng: Lưu ý rằng với gốc mới 0' thì q2 = - q3 Qua giản đồ điện áp ta dễ thấy với a = 600 thì thời gian tồn tại dòng cân bằng là lớn nhất. Ta cần tính toán giá trị X sao cho Icb Ê 10 % Iđm. Với a = 600 thì : Icb = 0,3424 u2 / 2pX ị L CK1 ³ 0,3424 u2 / (2pw. 0,1.0,9 ) ị LCK1 ³ 0,123 (H) Ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số: LCK = 123 (mH) RCK = 0,48 (W) V, Tính chọn cuộn kháng san bằng Cuộn kháng san bằng có tác dụng lọc thành phần xoay chiều của dòng điện . Ta biết rằng khi góc mở a = p/2 thì điện áp ra có phần nửa âm bằng nửa dương. Tức là lúc này thành phần xoay chiều là dữ dội nhất, ta sẽ tính cuộn kháng theo góc a này. Để đơn giản ta bỏ qua ảnh hưởng của cuộn cân bằng. Hình vẽ Nếu lấy gốc toạ độ là 01 thì ta có thể viết: Ud = u2sinwt Khai triển Furie của điện áp ud ta có: Ud = b1 sin3wt + b2sin6wt + ... + bnsin3nwt n = 1, 2, 3, ... Tương tự ta có: Trị hiệu dụng của các thành phần xoay chiều: Ud1 = ữ (b1/ )ữ = 161,26 (V) Ud2 = ữ (b2/ )ữ = 73,72 (V) Giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều ( khi bỏ qua điện cảm của động cơ và điện trở thuần ) là: CK, CK1là cuộn kháng cân bằng và san bằng. * Tổng giá trị hiệu dụng của các thành phần dòng xoay chiều: ị Ixc phải thoả mãn nhỏ hơn 10 % Iđm ị LCK ³ 0,193 (H) Từ đây ta chọn cuộn kháng cân bằng có các thông số sau: LCK = 200 (mH) RCK = 0,48 (W) Từ đó ta tính được: I1 = 0,877 (A) ; I2 = 0,2 (A) + Công suất tác dụng của cuộn kháng san bằng: P = (I2đm + I12 + I22)RCK = 39 (W) + Công suất phản kháng của cuộn kháng: Q = X1I12 + X2I22 = 56 ( VAR) + Công suất biểu kiến của cuộn kháng: = 68 (VA) VI, Tính chọn thiết bị bảo vệ mạch động lực Ta biết rằng cac tiristo là phần tử rất nhạy với sự biến thiên đột ngột của điện áp hay dòng điện , đặc trưng cho những hiện tượng này là gia tốc dòng điện và điện áp di/ dt và du/ dt . Các nguyên nhân gây ra những hiện tượng này bao gồm: + Quá gia tốc dòng, áp do quá trình chuyển mạch. + Quá gia tốc dòng, áp do cộng hưởng. + Quá gia tốc dòng,do cắt máy biến áp ở chế độ không tải hay tải nhỏ Để bảo vệ an toàn cho các van trước những tác nhân nêu trên ta dùng các phần tử R-C mắc song song với các tiristo như hình vẽ R C T Trị số của R, C có thể tra theo các đường cong được xây dựng bằng máy tính. các quan hệ Ua /Up ; phụ thuộc vào L : Là điện cảm quy đổi của toàn bộ mạch Tra đường cong ta được C = 0,346 mF và R = 3,9 KW III- 3 Tính toán mạch điều khiển 1 - Tính chọn khâu tạo điện áp chủ đạo Chọn biến trở : R30 = 4,7 KW công suất tiêu tán trên biến trở là Chọn R30 = 4,7 KW , 1w 2 - Tính chọn khâu phản hồi tốc độ Căn cứ vào tốc độ định mức của động cơ và sai lệch tĩnh của hệ thống ta chọn máy phát tốc có các thông số sau: Kiểu Uđm (V) Iđm ( A) nđm (v/ph) Rư( W) m (kg) gT - 100 100 0,08 800 200 4,8 Căn cứ vào tốc độ định mức của máy phát tốc và của động cơ ta chọn bộ truyền bánh răng có tỉ số truyền i = 2 để truyền tốc độ từ động cơ đến MFT Điện trở mạch ngoài của MFT Điện áp phản hồi lấy ra là 12V từ đó ta chọn R31 = 47KW , 2w Hệ số phản hồi tốc độ : Khi tốc động cơ là định mức thì điện áp ra là 12V do đó hệ số phản hồi tốc độ Ă được tính 3 - Tính chọn BAX Tỷ số biến áp xung thường là Ta chọn n = 3 Để đảm bảo tyristo mở khi điện áp lưới dao đông ta chọn U2 = 8 V, I2 = 2 A điện áp đặt lên cuộn sơ cấp BAX U1 = nU2 = 3 ì 8 = 24 V Dòng sơ cấp BAX Chọn vật liệu sắt từ '330 hình chữ I I I làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá DB = 0,7T , DH = 50A/m có khe hở Từ thẩm của lõi sắt từ Vì mạch từ có khe hở nên phải tính từ thẩm trung bình sơ bộ chọn chiều dài đường sức l = 0,1m khe hở lkh = 10-5 m Thể tích lõi sắt từ: Với Q là tiết diện lõi sắt là dòng thứ cấp quy đổi sang sơ cấp Chọn V = 16,35 cm3 ta sẽ được các kích thước ( Theo bảng II .2 . Điện tử công suất) Q = 163 cm2 , l = 10,03cm , a = 1,2 cm , h = 3 cm c = 1,2 cm, e = 4,8 cm , H = 4,2 cm , B = 1,6 cm , P = 7 w + Số vòng cuộn sơ cấp BAX: H h c a C W1=166 (vòng) K = 0,76 là hệ số lấp đầy + Số vòng cuộn thứ cấp BAX: W2 = W1/ 3 = 56 (vòng) 4, Tính khâu khuyếch đại xung Căn cứ vào dòng sơ cấp BAX là: 0,6 A ta chọn Tr là loại A1013 có : PK = 900mW ; nhiệt độ làm việc max là 1500 ; f = 15 MHz ; UC E 0= 160 V ; UCB= 6 V; IK = 1 A ; b = 60; Tr làm việc ở chế độ xung. Như vậy IB3 = 600/60 = 10 mA, IB3 chính là IC Tr2 do đó ta chọn Tr2 là loại A1015 có: PK = 400mW ; f = 80 MHz ; t0max=1250C ; UCE=50 V ; UBE = 5 V ; IC = 150 mA ; b = 70. 5, Tính chọn mạch tạo điện áp răng cưa Ta các khuyếch đại thuật toán là loại TL084 , toàn bộ mạch điều khiển cần 20 KĐTT nên ta dùng 5 chiếc TL084 với các thông số như sau: Điện áp nuôi ± 18 V; hiệu điện thế giữa cổng đảo và cổng không đảo là ± 30Vnhiệt độ làm việc từ 250C đến850C .Mỗi chiếc TL084 được bao gói và mã hoá như hình vẽ : - + - + - + - + 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 +UCC - UCC Điện áp ra bão hoà của KĐTT có thể lấy là: ẵurBH ẵ= ẵẵUCCẵ- ẵ2Vẵẵ. Ta nuôi KĐTT bằng nguồn 15V, để cho điện áp răng cưa được chính xác thì trong suốt thời gian tụ C được nạp điện áp đầu ra phải không đặt tới trị số bão hoà. Chọn điện áp ur max = 12V ta có: ur = uC 1 = iC 1.t /C với iC 1= 15/( R3+R4) ta tính toán R3 , R4 sao cho với thời gian t = 1/ 50 (s) thì iC1= 12V Chọn C = 0,22mF , ta tính được: Chọn R3 = 10 KW ; R4= 4,7KW ta chỉnh R4 để đặt được ur max= 12V. Chọn Tr1 là loại A564 A có UC E= 60V; b = 200 ; PK= 250mW ; IC=100 mA Chọn R1= 4,7 KW ; R2 = 68 KW Tr4 , Tr5 đều chọn là loại A1015. Điện trở R được tính R ³ 15/ IC Tr4 = 15/ 0,15 = 100W ; chọn R = 1 KW ; R0 = 4,7 KW 6,Tính chọn khâu tạo điện áp đồng bộ Chọn biến áp đồng bộ là biến áp đấu D/ Y0 ; điện áp pha thứ cấp: Uf 2đm = 24 V Trên biến áp đồng bộ cũng đặt luôn các cuộn dây tạo điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển. Ta biết công suất mỗi BAX là 7 W , có 6 BAX sử dụng công suất của nguồn nuôi ; đồng thời cũng tính dến công suất nuôi cho các khối khác như khuyếch đại , so sánh , phản hồi ... Như vậy sơ bộ chọn công suất của biến áp đồng bộ là 100 (VA). Điện áp ra thứ cấp là: U2f đm = 24 V. Chọn các tụ lọc C1 á C7 là 2000 mF , 30 V. 7,Tính chọn khâu tổng hợp tín hiệu Khâu tổng hợp tín hiệu chỉ có nhiệm vụ tổng hợp tín hiệu mà không yêu cầu có hệ số khuyếch đại lớn. Sơ bộ chọn hệ số khuyếch đại của khâu bằng 2 ; các giá trị điện trở xẽ được xác định khi hiệu chỉnh xong hệ thống 8, tính chọn khâu hạn chế góc mở của bộ biến đổi Từ hình vẽ ta thấy được quan hệ: u 0 urc urc max / 2 p/ 2 p uđk a wt Với ur max = 12V ở phần trước ta đã chọn amin=300 do đó góc a phải ³ 300 . Tức là: Điện áp điều khiển lấy ra trên R43 2 được tính như sau: uđk = uTGR43 2 / (R23+ R43) ; với uđk max= 4 V ; uTG max= 13 V ị K HC = uđk / uTG = 0,3 Cuối cùng ta chọn được: R23 = 500 W ; R43 = 10 KW ; 2 W 9, Xác định hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi Ud 304,1 265,7 0,332 0 0,004 4 6 uđk Do mạch phần ứng động cơ có điện cảm lớn nên ta coi dòng phần ứng là dòng liên tục Từ đây ta xây dựng được quan hệ Ud = Ư(uđk) . Thực tế quan hệ này là phi tuyến,để đơn giản ta tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc. Đặc tính có dạng như hình vẽ: * Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi: KBĐ = DUd / Duđk = (265,7 - 0,332 )/ (4 - 0,004) = 66,4 10,Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian Tính chọn khâu khuyếch đại trung gian: Hệ số khuyếch đại của hệ thống được tính theo đặc tính cơ thấp nhất và sai lệch tĩnh yêu cầu. Gọi Dn là độ sụt tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất. Dn = S*. nomin S* = (n0min - nmin )/ n0min ị nomin = nmin/ (1- S* ) = nđm / (1 - S*) . D Gọi K là hệ số khuyếch đại của hệ thống . Ta có K = KBĐK THKTGKĐK HC Phương trình đặc tính cơ hệ kín là: Độ sụt tốc độ Dn = Iđm.R.KĐ/ (1+Ăn) (1) Mặt khác Dn = S* . n0min = S* .nđm / (1- S*)D (2) Từ (1) và (2) ta có: Với KĐ = 7,8 ; nđm = 1600 v/ph ; S* Ê 3% ; D = 800 R = RưĐ + Rtx + RCK + RCKcb = 1,61+ 0,33 + 0,48 + 0,48 R = 2,92 W Thay các giá trị trên vào (3) ta tính được: K ³ 446630,5 Như vậy hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung gian là: KTG ³ K/ ( K HCKBĐKĐK TH ) Thay số vào ta có: KTG ³ 1149,8 . Chọn KTG = 2000 Cuối cng hệ số khuyếch đại của hệ thống là: K = KBĐK THKTGKĐK HC = 621504 11, tính chọn khâu cải thiện chất lượng động + Khi khởi động tốc đô động cơ bằng 0 và khâu ngắt dòng chưa kịp tác động do có quán tính lớn. Góc mở a lúc này phụ thuộc vào điện áp lấy ra trên R39 tức là phụ thuộc vào điện áp của IC6 . Dòng ngắt lớn hay nhỏ phụ thuộc vào việc ta chỉnh biến trở này vì lúc này khâu ngắt dòng bị loại ra khỏi mạch . Dòng dừng thường được chọn : ID = 2á 2,5 Iđm = (18 á 22,5) A . Sơ bộ chọn dòng dừng là ID = 18 A. Vì tốc độ bằng 0 nên điện áp ra bộ biến đổi sẽ dơi toàn bộ nên tiristo và điện trở mạch phần ứng , tức là: Ud = RI0 + DU Ud = 2,92.18 + 1,4 = 53,96 V Khi đó điện áp điều khiển là: uđk = Ud / KBĐ = 53,96/ 66,4 = 0,81 V Điện áp đầu ra IC6 phải là: Với K'HC = R43 2 / R43 ị urIC6 = 0,81/ 0,323 = 2,51 V Ta chọn R40 = 50 KW ; R35 = R37 =R38 = R36 = R34 = R39 = 10 KW Khi đó ta có: urIC6 = 2,516 - 2,5. u'R34 u'R34 là một phần điện áp lấy trên R34 . Ta có thể viết: u'R34 = A.Ăn + Giả sử động cơ đang chạy ở tốc độ n1 mà ta giảm tốc độ lúc này điện áp đầu ra IC4 giảm từ ẵKTG K TH (- Ucđ + Ăn1ẵ xuống giá trị ẵK TH KTG ( - Ucđ+ Ăn2ẵ Do tốc độ n chưa kịp giảm nên diốt D7 thông, điện áp đặt nên R34 là điện áp của IC6 ( bộ biến đổi 2 sẽ mở theo điện áp này , để động cơ hãm tái sinh dược thì điện áp ra của bộ bến đổi 2 phải nhỏ hơn sức điện động E, tức là: ẵ2,51 - 2,5.A.Ă.n1ẵ < KTH KTG ẵĂn1 - Ucđ 1ẵ 2,51 - 2,5.A.Ă.n1 > KTHKTG (Ăn1 - Ucđ 1 ) Để đơn giản ta chọn: A < 2,51/ (2,5.Ă.n1) Tốc độ n1 lớn nhất chọn bằng 1600 v/ph u 0 urc p -(Ăn1- uđk1) -urIC 6 wt a1 a2 a2 < a1 ị ẵUd2ẵ < ẵUd1ẵ + Khi đảo chiều từ quay thuận sang quay ngược ta cũng cần hạn chế dòng điện hãm.Vì dòng điện đảo chiều thì sụt áp trên các tiristo cũng đảo chiều. Sơ bộ chọn dòng điện hãm bằng 22A, hãm từ tốc độ cao nhất. Sức điện động của bộ biến đổi ngược được tính: 1600 = (Ud - DU - IHR)KĐ ị Ud = 139,5 V Vì bộ biến đổi 2 mắc ngược với bộ biến đổi 1 nên: KBĐ2 = -KBĐ1 = -66,4 ị uđk2 = Ud / KBĐ2 = 139,5/ (-66,4) = - 2,1V Điện áp đầu ra của IC6 phải là: urIC6 = - 2,1/ 0,323 = - 6,5V Mặt khác ta có: urIC 6 = 2,51- 2,5A.Ă.n Û - 6,5 = 2,51 - 2,5A.0,0075.1600 ị A = 0,3 ( < 0,8 ) Như vậy khối cải thiện chất lượng động sẽ làm việc thoả mãn cả yêu cầu hạn chế dòng điện hãm và yêu cầu động cơ được hãm tái sinh khi giảm tốc. urIC 6 = 2,51 - 0,005631.n khi động cơ quay thuận urIC 6 = 2,51 + 0,00563.n khi động cơ quay ngược phần iv xây dựng đặc tính tĩnh iv-1 đặt vấn đề Xây dựng đặc tính tĩnh của hệ thống là xây dựng đặc tính n = Ư(I) hoặc n = Ư(M) qua đó kiểm tra được độ sụt tốc độ, tức là đánh giá được sai lệch tĩnh của hệ thống xem có đảm bảo yêu cầu đặt ra của công nghệ truyền động ăn dao của máy doa hay không ; đồng thời cũng kiểm tra các giá trị dòng điện ngắt, dòng điện dừng,hãm xem có đảm bảo an toàn cho hệ thống hay không. Từ đó đánh giá được năng lực quá tải của hệ thống ; khả năng tác động nhanh của hệ thống cũng như độ an toàn của hệ thống trong quá trình làm việc . Do động cơ một chiều kích từ độc lập có đặc tính n = Ư(I) và n = Ư(M) đồng dạng nhau tức là có thể suy ra đặc tính n= Ư(M) từ đặc tính n= Ư(I) do đó ta chỉ xây dựng quan hệ n = Ư(I) và gọi là đặc tính cơ của hệ thống . Khi xây dựng đặc tính ta đưa ra các giả thiết sau: + Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn. + Hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi là hằng số. + Tiristo là phần tử bán dẫn tác động nhanh không có quán tính. + Điện trở phần ứng động cơ không thay đổi trong suốt qúa trình làm việc. + Điện cảm phần ứng của động cơ và các cuộn kháng đủ lớn để duy chì dòng điện tải là liên tục. IV- 2 xây dựng đặc tính 1, Xây dựng đặc tính trong vùng làm việc Viết phương trình kiếc hốp cho động cơ ta có: Ud = Ke f n + DU DU = 1,4 V là sụt áp trên các tiristo ị n = (Ud - IưR - DU )KĐ với KĐ = 1/ Ke f = 7,8 KTGKTHKHC KBĐ KĐ Ă n Ucđ - DU + IưR Hình 4-1: Sơ cấu trúc hệ thống Từ sơ đồ cấu trúc ta viết được: n = (Ucđ - Ăn).KTGKTHKBĐKHCKĐ - (DU +IưR).KĐ Trong đó: K là hệ số khuyếch đại của hệ thống: K = 621504 R là điện trở mạch phần ứng ; R = 2,92 W + Khi: n = nmax ; Idm = 9 A ị Ucđ = Ucđ max = 12,0029V + Khi: n = nmin ; Iđm = 9 A ị Ucđ = Ucđmin = 0,0153 V * Điểm không tải lý tưởng ( I = 0) * Điểm giới hạn vùng làm việc, chọn Ing = 12,5 A Ucđ = Ucđmax ị n = 1599, 979 v/ ph Ucđ = Ucđmin ị n = 1,976 v/ph * Đánh giá chất lượng tĩnh: S* = ( n0min - nmin ) / n0min = ( 2,037 - 2 )/ 2,037 = 0,0181 = 1,81 % [ S*] < 3 % Như vậy sai lệch tốc độ tĩnh đảm bảo yêu cầu. 2, Xây dựng đặc tính ở vùng ngắt dòng * Đặc tính khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà: Điện áp điều khiển được tính như sau: ( ở đây ta bỏ qua dòng điện rẽ qua R43 vì dòng này nhỏ ) Với K'HC = R43 2 / R43 = 0,323 Đặt R23 / ( R22 + R23 ) = a ị uđk = [ uTG (1- a) - a.b( I - Ing) ] K'HC Từ sơ đồ khối của mạch lúc này ta viết được: n=(Ucđ - Ăn) KTHKTGK'HC (1- a)KBĐKĐ - a .b'K'HCKBĐKĐ(I - Ing) - (DU + I.R ) . KĐ (1) Điểm C có toạ độ: (12,5 ; 1599,979) phải nằm trên đường (1). do đó ta có: (1- a)K'HC KTGKTH KBĐ Ă n Ucđ - a.b'(I - Ing) - - DU + IưR KĐ Hình 4-2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi khâu cải thiện chất lượng động chưa tham gia và khâu KĐTG chưa bão hoà. (Tức là đường ngắt dòng phải cắt đường làm việc ở toạ độ I = 12,5A) Từ đây ta tìm được: K1(1 - a) = K Với K1 = KTGKTHKBĐKĐK'HC(1 - a) Và K = KTHKHCKTGKBĐKĐ ị (1 - a) = KHC / K'HC = 0,3/ 0,323 = 0,9285 ị a = 0,0714 Từ đây ta chọn R22 : 500/ ( 500 + R22) = 0,0714 ị R22 = 6,5 KW Hệ số phản hồi dòng b' sẽ được chọn khi ta xây dựng xong đường đặc tính có sự tham gia của khâu cải thiện cất lượng động. * Đặc tính khi có sự tham gia của khâu cải thiện chất lượng động: Đánh giá sự tham gia của khối: để khối tác động thì diốt D7 phải mở. Tức là: (Ucđ - Ăn) KTHKTG ³ 2,51 + 0,005631. n + Khi Ucđ = Ucđmax = 12,0029 V thì n Ê 1599,967 v/ph + Khi Ucđ = Ucđmin =0,0135 V thì n Ê 1,9386 v/ph Ta biết rằng : điều kiện để khâu KĐTG bão hoà là ẵUcđ - Ănẵ ³ 13/ ( KTHKTG Khi Ucđ = Ucđmax thì n Ê 1599,953 v/ph Khi Ucđ = Ucđmin thì n Ê 1,606 v/ph Như vậy đặc tính tĩnh sẽ không có vùng khâu KĐTG bão hoà vì trước đó khâu cải thiện chất lượng động đã tác dụng. Sơ đồ khối lúc này là: n - DU + IưR KĐ 2,51 + 0,005631.n 0,323KBĐ Hình 4-3: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi khâu cải thiện chất lượng động đã tác động. Từ sơ đồ khối ta có: n = (2,51 + 0,005631.n).0,323.KBĐKĐ - (DU + I.R)KĐ n = 7056,3 - 392,9I (*) (*) là phương trình đường thẳng, với n = 1599,968 v/ph thì I = 13,88 A Điểm toạ độ ( 13,88 ; 1599,968 ) phải nằm trên đường (1) khi Ucđ = Ucđmax Ta có: Với K1 = KTHKTGK'HCKBĐKĐ(1- a) = 621308,226 Giải phương trình trên ta được: b' = 1,4471 Như vậy t của vùng ngắt dòng chỉ có khâu ngắt dòng tác độnglà: n = 133,3047Ucđ + 0,044 - 0,008595 I * Đặc tính cao nhất đi qua các điểm: A (9 ;1600,041) , B (9 ; 1600) , C (12,5 ; 1599,979) , E (13,88 ; 1599,968) , F (18 ; 0) . * Đặc tính thấp nhất đi qu các điểm: D (0 ; 2,037) G (12,5 ; !,976) , H (17,95 ; 1,9836) , K (18 ; 0). n(v/ph) A C E D 0 G H F I (A) Hình 4-4: Đặc tính tĩnh của hệ thống phần v xây dựng đặc tính động xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống V- 1 Mục đích và ý nghĩa Trong qúa trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể bị mất ổn định. Tính ổn định của hệ thống là tính hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi sau một khoảng thời gian nào đó hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi. Xét ổn định cho hệ thống là xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định. Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các yêu cầu mong muốn. Dựa vào đặc tính tĩnh của hệ thống ta thấy rằng các phản hồi âm dòng và âm tốc độ luôn có xu hướng làm ổn ddịnh hệ thống . Chỉ có phần đặc tính làm việc có đặc tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả. Do đó ta chỉ xét ổn định ở vùng này, trong vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng . Sơ đồ khối của hệ thống lúc này được biểu diễn trên hình 5-1 n - WĐ WBĐ KTHKHCKTG - Ă Ucđ Hình 5-1 v-2 xét ổn định của hệ thống Hàm truyền của hệ thống là: Trong đó: WBĐ = KBĐ/ (1 + TBĐP ) là hàm truyền của bộ biến đổi. TBĐ = 1 / 2qf là hằng số thời gian của bộ biến đổi. q là tần số xung chỉnh lưu. q = 3 f = 50 Hz là tần số lưới. TBĐ = 1 / (2.3.50) = 3,33 . 10-3s + Điện cảm phần ứng động cơ được tính: Lư = ĂUđm / (P.Iđm.nđm) = 5,7.220/ (1,2.9.1600) = 0,0566 H Ă =5,7 là hệ số cấu tạo của động cơ . Lưồ =LCK + LCK1 + Lư = 125 + 200 + 56,6 = 381,6 mH T' = lồ / Rồ = 381,6 / 2,92 = 0,13 s Trong đó:WĐ Là hàm truyền của động cơ Rt Là điện trở tổng Rt = Rồ K =KTGKTHKHCKBĐKĐ Là hệ số khuyếch đại của hệ thống . TE = T' Lập bảng Raox: 159,58.10-7 405.10-4 49,58.10-4 4662,28 389,99 4662,28 Ta thấy các số hạng trong cột thứ nhất của bảng Raox đều dương, như vậy hệ thống đã ổn định. vi - 3 hiệu chỉnh hệ thống Ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống theo đặc tính biên độ Lôgarit . Muốn vậy trước hết ta đưa hệ thống về phản hồi âm một đơn vị (Hình 5-2) Hình 5-2 n W0 1/Ă Ucđ - Với T2 = TBĐ = 3,33.10-3s w2 = 1/ T2 = 300 rad/s ị lgw2 = 2,4771 dec s w1 = 1/ T1 = 14,38 ị lgw1 = 1,1577 dec 20lgĂK = 73,37 x = Từ các số liệu trên ta vẽ được đặc tính L0 là đặc tính biên độ - lôga của hàm W0 * Tiến hành xây dựng Lm là dặc tính biên độ - logarit mong muốn dựa trên các chỉ tiêu chất lượng động: dmax Ê 30% Tmax Ê 0,3 (s) Từ chỉ tiêu dmax Ê 30% theo giáo trình tự động điều chỉnh, tra đường cong xác định tần số cắt wc ta có: Với điều kiện Tmax Ê 0,3 (s) ị wc = 13p. Từ wc = 13p kẻ đường có độ nghiêng - 20db/dec. Vùng trung tần của Lm giới hạn bởi w2 và w3 = wc2/ w2 = 5,559 rad/s ị lgw3 = 0,745. Từ điểm w3 vừa xác định trên Lm kẻ đường nghiêng -20db/dec , đường này cắt L0 tại w4 và vùng hạ tần của Lm là w á w4. Vùng tần số cực thấp của Lm trùng với L0 . Bằng tính toán hình học ta tính được: w4 = 0,22 rad ị lgw4 = - 0,656 Từ w2 kẻ đường nghiêng -60 db/dec , vùng tần số lớn hơn w2 là vùng cao tần của Lm Qua L0 và Lm ta xác định được Lhc = Lm - L0 Từ đặc tính ta viết hàm hiệu chỉnh: Từ đây ta đưa ra hai loại khối hiệu chỉnh như sau: + Khối thứ nhất là một khuyếch đại thuật toán kết hợp với tụ điện - điện trở Hàm truyền của khối hiệu chỉnh này là: Với KR = R3/ R5 và T1 = R2C ; T2 = (R2 + R3)C Loại này hiệu chỉnh cho dạng: T1 < T2 lgw4 0 lgw3 lgw1 lgwc lgw2 lgw 20lgK -40db/dec -20 db/dec Lhc Hình 5-3: Đặc tính biên độ - logarit + Khối hiệu chỉnh thứ hai la các điện trở kết hợp với tụ điện: Với KR = R4/ (R4 + R5) ; T1 = R5C1 T2 = R4R5C1/ (R4+R5) Loại này hiệu chỉnh cho các hàm có: T1 > T2 C1 R5 R4 uv ur Hình 5-4: Khối hiệu chỉnh 2 Như vậy để tạo hàm Whc ta dùng ba khâu hiệu chỉnh , hai khâu giống nhau có dạng khối thứ nhất thực hiện hàm truyền Chọn C = 47mF ị R2 = 1,478 KW ; R3 = 95,2 KW Chọn C1 = 1mF ị R5 = 179,8 KW ; R4 = 1,086 KW Trong sơ đồ nguyên lý ta tạo ra khâu hiệu chỉnh thứ nhất và thứ hai nhờ hai IC của khối tổng hợp và khuyếch đại trung gian. Sơ đồ mạch hiệu chỉnh như hình vẽ. 1m 179,8K 5 1K - + R25 ur - + 1,49K 47mF 95,2K 1,49K 47mF 95,2K R29 R44 Ucđ -Ăn Hình 5-5: Sơ đồ mạch hiệu chỉnh Khi mắc thêm khâu hiệu chỉnh thứ ba hệ số khuyếch đại của hệ thống bị giảm đi là: (lần) Do đó khâu tổng hợp và khuyếch đại trung gian phải tính toán sao cho hệ số khuyếch đại của hai khâu này và khâu thứ ba phải đảm bảo: KTG = KTHKKĐKR = 4000 Từ đây ta chọn được: R29 = 100 W ; R25 = 63,7 W. * Khảo sát đặc tính quá độ bằng máy tính ứng dụng mô hình matlab khảo sát quá độ cho mô hình cấu trúc sau đây 1199,62 66,4 1+ 0,00033 p 0,342 1+ 0,13 p 64,1 p 0,1282 0,0075 _ _ n ud ucđ v- 4 xét ổn định lại hệ thống Hàm truyền của hệ thống hở mong muốn sau khi hiệu chỉnh là: Ta có các đặc tính tần số pha - loga là: j2 = - 2arctgwT2 j3 = arctgwT3 Từ đây ta vẽ được các đường đặc tính jw cộng các đặc tính lại ta được đường jhw của hệ. Qua đặc tính jw ta thấy: trong phạm vi Lw > 0 có một lần jw chuyển từ lớn hơn (-p) xuống dưới đường (-p) và một lần chuyển từ dưới đường (-p) lên phía trên, tức là số điểm chuyển đổi C+ = C- vì vậy hệ kín ổn định. w 20lgK -20 db/dec w4 0 w3 wc w2 w jw 0 Hình 5-6 : Đặc tính biên độ - logarit (a) ,đặc tính Pha - logarit của hệ thống sau hiệu chỉnh -60db/dec -40db/dec phần vi thuyết minh sơ đồ nguyên lý VI -1 nguyên lý làm việc của mạch động lực * Khi động cơ làm việc thuận: Đóng cầu dao CD cung cấp điện áp ba pha cho máy biến áp động lực BA . Khi đó hai bộ biến đổi hình tia ba pha song song ngược sẽ được cấp điện áp. Các van từ T1 á T6 lần lượt dược đặt các điện áp thuận theo chiều biến thiên của điện áp ba pha . Các van T1 , T2 , T3 được điều khiển với góc mở a1 900 sao cho: a1 + a2 = 1800 . Lúc này điện áp chỉnh lưu của hai nhóm van là: Ud1 = Ud0 cosa1 > 0 Ud2 = Ud0cosa2 < 0 Động cơ sẽ quay theo chiều thuận phù hợp với chiều của Ud1. Còn bộ biến đổi hai làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi. vi - 2 nguyên lý làm việc của mạch điều khiển Mạch điều khiển của hệ thống truyền động ăn dao máy doa 2620B được thiết kế theo các yêu cầu kỹ thuật là: + ổn định và điều chỉnh tốc độ. + Tự động han ché phụ tải. + Đảo chiều. + Hãm dừng chính xác. Xuất phát từ những yêu cầu này ta sẽ phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống theo từng yêu cầu. 1,nguyên lý ổn định tốc độ và điều chỉnh tốc độ Giả sử động cơ đang làm việc ở tốc độ đặt nào đó ở chiều quay thuận, lúc này tiếp điểm T đóng, Ucđ mang dấu dương khiến điện áp ra của khâu khuyếch đại trung gian IC3 có dấu dương và điện áp điều khiển sẽ có dấu dương . Điện áp này sẽ làm cho nhóm van katốt chung mở với góc mở a1 900 , tức là làm việc ở chế độ nghịch lưu đợi . Trong qúa trình làm việc nếu có sự thay đổi của tải, giả sử tải tăng khiến tốc độ động cơ giảm ị ( Ucđ - Ăn) sẽ tăng ị điện áp điều khiển sẽ tăng ị góc mở a1 giảm ị Ud1 tăng kéo tốc độ động cơ trở lại điểm làm việc yêu cầu. Nếu tải giảm qúa trình diễn ra ngược lai. Đó chính là nguyên lý ổn định tốc độ. Chất lượng của qúa trình ổn định tốc độ được đánh giá qua chỉ tiêu: S* = 1,8 % Khi muốn thay đổi tốc độ ta điều chỉnh biến trở R30 khi đó điện áp chủ đạo sẽ thay đổi, dẫn đến điện áp điều khiển thay đổi ị góc mở a thay đổi ị điện áp chỉnh lưu thay đổi ị tốc độ động cơ thay đổi theo. Điện áp chủ đạo được điều chỉnh nhờ biến trở R30 là vô cấp do đó tốc độ động cơ cũng được điều chỉnh vô cấp. 2, khả năng han chế phụ tải Giả sử trong qúa trình làm việc tải của hệ thống tăng quá mức cho phép khi đó dòng phần ứng động cơ sẽ tăng quá mức cho phép, điều này là không cho phép . Trong hệ thống có tính đến khả năng này. Khi dòng phần ứng tăng quá giá trị ngắt thì khâu ngắt dòng sẽ tham gia tác động làm giảm điện áp điều khiển ị góc mở a có xu hướng tiến tới 900 làm cho điện áp chỉnh lưu giảm và dòng phần ứng sẽ không tăng quá lớn. Mặt khác , khi điện áp chỉnh lưu giảm ị tốc độ động cơ sẽ giảm (đủ nhỏ) lúc này khối cải thiện cất lượng động sẽ tác động tiếp tục hạn chế góc mở và dòng điện phần ứng sẽ được hạn chế nhỏ hơn mức cho phép, giá trị này là 18A. 3, Quá trình đảo chiều động cơ Để đảo chiều quay động cơ ta thay đổi đóng mở tiếp điểm T,N, tức là đảo chiều điện áp chủ đạo. Giả sử T đang đóng và động cơ đang quay theo chiều thuận nếu ta đồng thời mở T và đóng N thì điện áp chủ đạo đảo từ dương sang âm ị điện áp đầu ra của khâu khuyếch đại trung gian sẽ đảo dấu từ âm sang dương. Tuy nhiên lúc này động cơ vẫn quay thuận nên khối cải thiện chất lượng động sẽ tham gia tác dụng làm cho động cơ được hãm tái sinh. Khi tốc độ động cơ giảm dần thì diốt D7 khoá lại khiến điện áp điều khiển của nhóm van anốt chung có giá trị dương ị động cơ chuyển từ hãm tái sinh sang hãm ngược . Khi n = 0 động cơ sẽ được tự động khởi động theo chiều ngược lại. 4, Hãm dừng Muốn hãm dừng ta chỉ việc ngắt Ucđ bằng cách mở các tiếp điểm T hoặc N đang ở trạng thái đóng. Lúc này qúa trình hãm diễn ra tương tự qúa trình đảo chiều. Tài liệu tham khảo CHính 1 . Giáo trình truyền động điện Bùi Quang Khánh - Nguyễn Văn Liên 2 . Điện tử công suất Nguyễn Bính 3 . Bài giảng kỹ thuật biến đổi Trần Xuân Minh 4 . Tự động điều chỉnh truyền động điện Bùi Quốc Khánh - Dương Văn Nghi Phạm Quốc Hải - Nguyễn Văn Liên 5. Lý thuyết điều kiển tự động Đặng Văn Đào -Lê Văn Doanh 6 . 10,000 Trazito 7 . Các mạch khuếch đại IC tuyến tính