Tìm hiểu công nghệ gia công trên máy cắt gọt kim loại và máy mài tròn

4 bằng nút bấm KH4 . Liên động và bảo vệ Trong máy có các liên động sau : Không thể làm việc ở hai chế độ : mài tròn trong và mài mặt đầu. Nếu hai chế độ đó xảy ra đồng thời thì khi lùi bàn về vị trí ban đầu và chuyển bộ đồ gá về vị trí mài mặt đầu, lúc đó tiếp điểm BK1 và BK2 là ( 2 – 5 ) và ( 2 – 6 ) sẽ cắt mạch điều khiển. Khi cánh cửa của tủ điện mở thì áptômát B1 sẽ cắt nguồn cấp . Bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì PR1 PR7 Bảo vệ quá tải bằng các rơle nhiệt . Nhận xét : Ở mỏy mài 3K225B, động cơ quay chi tiết là động cơ điện một chiều được điều chỉnh tốc độ nhờ khuyếch đại từ đơn nối theo sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 cuộn làm việc (CD ~ ) và 3 cuộn điều khiển CK1, CK2, CK3 kết hợp với 6 điôt chỉnh lưu Đặc điểm của việc điều khiển dùng hệ chỉnh lưu – KĐT . Khuyếch đại từ là khí cụ điện mà tín hiệu ở đầu ra được khuyếch đại nhờ sự thay đổi điện kháng bằng việc thay đổi dũng điều khiển . Ưu điểm của khuyếch đại từ là tuổi thọ cao khả năng chịu quá tải tốt, điều khiển cỏch ly . Nhược điểm chính : Khuyếch đại từ có quán tính lớn ( bởi các cuộn dây một chiều có điện cảm rất lớn ) do đó việc điều chỉnh kém nhạy . Kích thước cồng kềnh Kết cấu phức tạp Hệ số khuyếch đại không lớn . Ngày nay khuyếch đại từ chỉ tồn tại trong cỏc mỏy thế hệ cũ do Liờn Xụ cũ sản xuất, chế tạo . Khuyếch đại từ không thể cạnh tranh được với các khuyếch đại điện tử công suất có những ưu điểm hơn rừ rệt : Kích thước nhỏ gọn . Khối lượng nhỏ . Điều khiển nhanh thuận tiện . Hệ số khuyếch đại lớn . Điều khiển cách ly … Do đó ngày nay khuyếch đại từ không cũn được chế tạo mới nó chỉ cũn tồn tại trong những hệ mỏy múc do Liờn Xụ cũ chế tạo . Vỡ vậy việc thay thế sửa chữa những hệ truyền động này gặp nhiều khó khăn . Từ những khó khăn trên việc tỡm hiểu nghiờn cứu tỡm ra hệ truyền động phù hợp thay thế cho hệ điều khiển bằng khuyếch đại từ của động cơ quay chi tiết mỏy mài trũn 3K225B là hết sức cần thiết . Chương 3 Phân tích lựa chọn phương án thay thế mạch lực của hệ truyền động quay chi tiết Ở phần trước, ta đã biết được hệ truyền động quay chi tiết là dùng khuyếch đại từ để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ quay chi tiết . Tuy nhiên, đặc điểm của bộ khuyếch đại từ này là không có cuộn dịch riêng . Nhiệm vụ chuyển dịch được cuộn điều khiển CK3 thực hiện dựa vào dòng không tải của khuyếch đại từ, nhưng vì dòng này rất nhỏ nên tác dụng chuyển dịch không lớn . Đó chính là khuyết điểm của sơ đồ này vì khi mạch cuộn điều khiển bị đứt, động cơ có khả năng tăng tốc quá mạnh. Hơn nữa, hệ truyền động dùng khuyếch đại từ chỉ đạt được phạm vi điều chỉnh tốc độ 1 : 10, nhưng trong thực tế nhiều trường hợp cần phải có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn. Vì vậy, chúng ta sẽ tìm hiểu và lựa chọn phương án thay thế mạch lực của hệ truyền động quay chi tiết. Các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Thực tế cú 2 phương phỏp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều : Điều chỉnh điện ỏp cấp cho phần ứng động cơ. Điều chỉnh điện ỏp cấp cho mạch kớch từ động cơ. Cấu trỳc trưyền lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần cú bộ biến đổi, cỏc bộ biến đổi này cấp nguồn cho mạch phần ứng hoặc mạch kớch từ của động cơ. Cho tới nay trong cụng nghiệp đang sử dụng 4 loại bộ biến đổi chớnh : Bộ biến đổi điện từ : khuyếch đại từ (KĐT). Bộ biến đổi mỏy điện gồm : động cơ sơ cấp kộo mỏy phất một chiều hoặc mỏy điện khuyếch đại (KĐM). Bộ biến đổi chỉnh lưu bỏn dẫn : chỉnh lưu Tiristor (CLT). Bộ biến đổi xung ỏp một chiều Tiristor hoặc Tranzito (BBDXA). Tương ứng với việc sử dụng cỏc bộ biến đổi ta cú cỏc hệ truyền động sau : Hệ truyền động may phỏt động cơ (hệ F-Đ). Hệ truyền động mỏy điện khuyếch đại động cơ (MĐKĐ-Đ). Hệ truyền động khuyếch đại từ động cơ (KĐT-Đ). Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor (T-Đ). Hệ truyền động xung ỏp động cơ (XA-Đ). Theo cấu chỳc mạch điều khiển cỏc hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều cú loại điều khiển theo mạch kớn ( ta cú hệ truyền động điều chỉnh tự động ) và loại điều khiển theo mạch hở (hệ truyền động điều khiển “hở”). Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cú cấu trỳc phức tạp nhưng cú chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ điều chỉnh truyền động “hở”. Ngoài ra cỏc dải truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều cũn được phõn loại theo truyền động cú dảo chiều quay và khụng đảo chiều. Đồng thời tuỳ thuộc vào cỏc phương phỏp hóm, đảo chiều mà ta cú vựng làm việc của động cơ ở cỏc gúc phần tư khỏc nhau. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều Nguyờn lý điều chỉnh điện áp phần ứng: Eb (Udk ) Re Rưd Eư U Hỡnh 3.1 : sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập Trong phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, bộ biến đổi cung cấp điện ỏp một chiều cho mạch phần ứng. Vỡ nguồn cú cụng suất hữu hạn nờn cỏc bộ biến đổi đều cú điện trở trong Rb và điện cảm Lb khỏc khụng. Sơ đồ thay thế ở chế độ xỏc lập ( hỡnh 3.1 ). Trong đó thành phần Eb(Udk) được tạo ra bởi bộ biến đổi và phụ thuộc vào Udk Trong chế độ xỏc lập ta cú cỏc phương trỡnh đặc tớnh như sau : Trong đó: Ta cú đường đặc tớnh cơ của động cơ khi điều chỉnh điện ỏp phần ứng (Hỡnh 3.2). Vỡ từ thụng động cơ được giữ khụng đổi nờn độ cứng đặc tớnh cơ khụng đổi trong quỏ trỡnh điều chỉnh . Tốc độ khụng tải lý tưởng w0 tuỳ thuộc vỏo giỏ trị điện ỏp Udk của hệ thống . Do đó, cú thể núi phương phỏp này cú độ cứng đật được rất tối ưu. Để xỏc định được dải điều chỉnh ta cú : Tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi đặc tớnh cơ tự nhiờn, là đường đặc tớnh ứng với điện ỏp phần ứng là định mức và từ thụng kớch từ cũng ở giỏ trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của hệ bị chặn bởi yờu cầu về sai số tốc độ và momen khởi động. Khi momen tải là định mức thỡ cỏc giỏ trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ được xỏc định theo cụng thức : Để thoả món khả năng quỏ tải thỡ đặc tớnh thấp nhất của dải điều chỉnh phải cú momen ngắn mạch là : Trong đó Km là hệ số quỏ tải về momen Vỡ họ đường đặc tớnh cơ tạo bởi phương phỏp này là cỏc đường thẳng song song, ta cú độ cứng đặc tớnh cơ: Với một cơ cấu mỏy cụ thể thỡ cỏc giỏ trị w0 max , Mdm , Km là xỏc định, Vỡ vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tớnh vào độ cứng đặc tớnh cơ b . Khi điều chỉnh điện ỏp phần ứng động cơ bằng cỏc thiết bị nguồn điều chỉnh thỡ điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ, do đó cú thể tớnh sơ bộ : Vậy với tải cú đặc tớnh momen khụng đổi thỡ giỏ trị phạm vi điều chỉnh tốc độ khụng vượt qua 10 . Vậy với hệ truyền động đũi hỏi phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn thỡ ta khụng thể sử dụng cỏc hệ thống hở như trờn. Trong phạm vi phụ tải cho phộp thỡ coi cỏc đặc tớnh cơ tĩnh của hệ truyền động một chiều kớch từ đọc lập là tuyến tớnh. Khi điều chỉnh điện ỏp phần ứng thỡ độ cứng cỏc đặc tớnh cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau. Do đó độ sụt tốc độ tương đối sẽ đạt giỏ trị lớn nếu tại đặc tớnh cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ khụng vượt quỏ giỏ trị sai số tốc độ cho phộp thỡ hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luụn nhỏ hơn sai số tốc độ cho phộp trong toàn bộ dải điều chỉnh . Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tớnh cơ thấp nhất . Để cú thể tớnh chọn giỏ trị tối thiểu của độ cứng đặc tớnh cơ sao cho sai số khụng vượt quỏ giỏ trị cho phộp . Trong đa số cỏc trường hợp ta cần xõy dựng cả hệ truyền động kiểu vũng kớn. Trong suốt qua trỡnh điều chỉnh điện ỏp phần ứng thỡ từ thụng được giữ nguyờn. Do đú, momen tải cho phộp của hệ sẽ là khụng đổi. Điều chỉnh tốc độ bằng phương phỏp thay đổi điện ỏp phần ứng là rất thớch hợp trong trường hợp momen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh. Cũng thấy rằng nếu nối thờm điện trở phụ trong mạch phần ứng sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ. Nguyờn lý điều chỉnh từ thông động cơ : Khi điều chỉnh tốc độ theo nguyờn lý điều chỉnh từ thụng động cơ tức là điều chỉnh dũng điện kớch từ của động cơ, cụ thể là giảm dũng kớch từ của động cơ trong khi điện ỏp phần ứng được giữ khụng đổi . Điều chỉnh dũng kớch từ tức là điều chỉnh momen điện từ của động cơ: . và sức điện động của động cơ : . Mạch kớch từ của động cơ là mạch phi tuyến vỡ vậy hệ điều chỉnh từ thụng cũng là phi tuyến : Trong đó : rk : điện trở kớch từ. Rb : điện trở nguồn điện ỏp kớch thớch. Wk : số vũng dõy của dõy quấn kớch thớch Ở chế độ xỏc lập : Đường đặc tớnh cơ khi điều chỉnh từ thụng được thể hiện trờn hỡnh 3.2 w w w0 w01 w02 f2 f1 fdm TN I Inm 0 f2 f1 w02 w01 w0 Mc fdm , TN Mnm2 Mnm1 M a) b) Hỡnh 3.2: đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Khi điều chỉnh từ thụng thỡ điện ỏp phần ứng được giữ khụng đổi và bằng giỏ trị địmh mức, đặc tớnh cơ thấp nhất trong vựng điốu chỉnh là đường đặc tớnh cơ tự nhiờn. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thụng bi hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ gúp điện. Lý do là khi giảm từ thụng để tăng tốc độ quay của động cơ, theo quan hệ : Từ thụng kớch từ dưới một cực từ tỷ lệ bậc nhất với dũng kớch từ của động cơ, khi I kt thay đổi thỡ f cũng thay đổi theo : dẫn tới : Nếu gọi x là độ suy giảm từ thụng ta cú : là giỏ trị tốc độ khụng tải khi giảm từ thụng. Tốc độ động cơ tăng làm cho điều kiện chuyển mạch của cổ gúp điện xấu đi. Vỡ vậy, để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bỡnh thường thỡ cần phải giảm dũng điện phần ứng động cơ về trị số cho phép, kết quả là momen trờn trục động cơ giảm rất nhanh . Ngay cả khi giữ nguyờn dũn điện phần ứng thỡ độ cứng đặc tớnh cơ cung giảm rất nhanh khi giảm từ thụng kớch thớch . Nhận xột: - Với phương phỏp điều chỉnh từ thụng động cơ thỡ ta cú thể thay đổi được tốc độ khụng tải với đạc tớnh thấp nhất là đặc tớnh cơ tự nhiờn . Tuy nhiờn tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh lại bị hạn chế. - Khi điều chỉnh giảm từ thụng, để mở rộng vựng điều chỉnh tốc độ ta thấy độ cứng của đặc tớnh cơ giảm rừ rệt. Do vậy, với những cơ cấu yờu cầu độ cứng điều chỉnh cao, vựng điều chỉnh rộng thỡ phương phỏp này gặp khú khăn. * Kết luận: Căn cứ vào đặc điểm truyền động của động cơ quay chi tiết mỏy mài 3K225B, căn cứ vào phương phỏp truyền động yờu cầu . Qua phõn tớch cỏc đặc điểm và tớnh chất của cỏc phương phỏp điều chỉnh, ta nhận thấy : đối với hệ truyền động động cơ quay chi tiết thỡ phương phỏp điều chỉnh bằng giảm điện ỏp phần ứng là thớch hợp nhất, nú đáp ứng được cỏc yờu cầu cơ bản của hệ truyền động như : Dải điều chỉnh phự hợp D = 10/1. Độ cứng đặc tớnh cơ khụng đổi trong toàn dải điều chỉnh. Thực hiện điều chỉnh vụ cấp một cỏch dễ dàng. Sơ đồ điều khiển đơn giản dễ thực hiện. Momen tải cho phộp của hệ khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh điều chỉnh, phự hợp với đặc điểm của hệ truyền dộng quay chi tiết mỏy mài 3K225B. Các phương án truyền động theo nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng Hệ truyền động máy phát - dộng cơ một chiều (F-Đ): Hệ F-Đ là hệ truyền động mà bộ biến đổi là mỏy phất điện một chiều kớch từ độc lập. Mỏy phỏt này thường do động cơ sơ cấp ĐK là động cơ khụng đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ mỏy phỏt là khụng đổi . Sơ đồ nguyờn lý được thể hiện trờn hỡnh 3.3 Tớnh chất của mỏy phỏt điện được xỏc định bởi 2 đặc tớnh từ hoỏ. Sự phụ thuộc giữa sức điện động mỏy phỏt vào dũng điện kớch từ và đặc tớnh tải. Sự phụ thuộc của điờn ỏp trờn 2 cực mỏy phỏt vào dũng tải Cỏc đặc tớnh này là phi tuyến, trong tớnh toỏn ta cú thể tuyến tớnh hoỏ cỏc đặc tớnh này. UktU UKF ikf ~ DK F Đ UF = UD I ~ MS Ikd ~ UKĐ U dkf Hỡnh 3.3: Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Khi điều chỉnh dũng điện kớch thớch của mỏy phỏt thỡ điều chỉnh được tốc độ khụng tải của hệ thống cũn độ cứng đặc tớnh cơ thỡ dược giữ nguyờn . Cũng cú thể điều chỉnh kớch từ của động cơ để cú dải điều chỉnh tốc độ rộng hơn. Nhận xột: Ưu điểm: chỉ tiêu chất lượng của hệ F - Đ về cơ bản tương tự chỉ tiờu của hệ điều chỉnh điện ỏp phần ứng. Ưu điểm nổi bật của hệ F - Đ là chuyển đổi trạng thỏi rất linh hoạt, khả năng quỏ tải lớn, thực hiện đảo chiều quay dễ dàng . Hệ cú hể làm việc ở chế độ điều chỉnh được cả 2 phớa, kớch thớch mỏy phỏt và kớch thớch động cơ. Nhược điểm: Nhược điểm lớn nhất của hệ F - Đ là dựng nhiều mỏy điện quay, trong đó ớt nhỏt là phải dựng 2 may điện một chiều, gõy ồn lớn, cụng suất lắp đặt mỏy ớt nhất gấp 3 lần động cơ chấp hành, giỏ thành lắp đặt cao, cồng kềnh. Ngoài ra cỏc mỏy phỏt một chiều cú từ dư, đặc tớnh từ hoỏ cú trễ nờn khú điều chỉnh sõu tốc độ. Hệ truyền động xung ỏp - động cơ điện một chiều ( XA-Đ ): + _ C TC TF V0 L D0 Tải Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khoá điều khiển S trong hệ điều chỉnh xung ỏp mạch đơn Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng phương phỏp giảm ỏp cũng cú thể được thực hiện bằng phương phỏp xung ỏp . Phương phỏp này được thực hiện bằng cỏch đóng ngắt dộng cơ vào nguồn một cỏch cú chu kỳ với tần số cao . Khi đó điện ỏp đưa vào động cỏ sẽ được băm nhỏ . Cỏc giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp và dũng điện phần ứng Uư, Iư và sức điện động của động cơ khi đóng và ngắt liờn tục khoỏ S sẽ được xỏc định nếu biết trước luật đóng ngắt khoỏ và cỏc thụng số của mạch . Sơ đồ khoà điều khiển thể hiện trờn hỡnh 3.4. Hệ điều chỉnh xung ỏp cũng cú thể thực hiện việc đảo chiếu động cơ bằng sơ đồ bộ điều chỉnh xung ỏp loại B kộp (hỡnh 3.5) +VN S1 _ S2 D1 D2 L UD i R E S3 S4 D4 D3 w 0 M Hỡnh 3.5: sơ đồ nguyên lý truyền động đảo chiều điều chỉnh xung ỏp loại B kộp Nhận xột: Hệ điều chỉnh xung ỏp cú momen tới hạn lớn làm việc nhịp nhàng phự hợp với cơ cấu tải nõng hạ, độ nhạy cao, tỏc động nhanh… Hệ sử dụng cỏc bộ khoỏ điện tử, nú được sử dụng khi đó cú sẵn nguồn một chiều cố định cần phải điều chỉnh được điện ỏp ra tải. Cỏc bọ băm xung ỏp một chiều hoạt động thoe nguyờn tắc đóng ngắt nguồn một chỉều với tải một cỏch chu kỳ thoe một số luật khỏc nhau. Phần tử thực hiện là cỏc van bỏn dẫn . Do đó khi chỳng làm việc trong mạch một chiều cỏc loai Tiristor thụng thường khụng được khoỏ lại một cỏch tự nhiờn ở giai đoạn õm của điện ỏp nguồn như khi làm việc với nguồn xoay chiều . Do đó trong mỗi sơ đồ cần phải cú mọt mạch chuyờn dựng để khoỏ Tiristor gọi là “khoỏ cưỡng bức”, gõy nhiều khú khăn khi thực hiờn trờn thực tế . Vỡ vậy, hiện nay với dải cụng suất vừa và nhỏ người ta sử dụng cỏc loại van bỏn dẫn điều khiển đóng ngắt như Tranzitor MOSFET, IGBT… riờng với dải cụng suất lớn ta vẫn phải sử dụng Tiristor. Mặt khỏc hiệu suất của hệ thống sẽ rất nhỏ khi dải điều chỉnh lớn, độ an toan, tin cậy kộm, tồn tại trờn sỏch vở hiều hơn trờn thực tế. Vậy khụng lờn sử dụng phương phỏp này để thay thộ hệ truyền động quay chi tiết của mỏy mài bởi hệ cú dải điều chỉnh lớn. Hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều ( T - Đ ) Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều . Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cỏch thay đổi điờn ỏp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện ỏp mạch kớch từ của động cơ, thụng qua cỏc bộ biến đỏi bằng Tiristor. Hệ truyền động được thể hiờn trờn hỡnh 3.6 Hènh 3.6: Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ CKT Uđkt Uđk ĐC M M w Trong hệ T - Đ bộ biến đổi điện là cỏc mạch chỉnh lưu điều khiển hoặc bỏn điều khiển co sức điện động Ed phụ thuộc vào giỏ trị của gúc điều khiển a. tuỳ theo yờu cầu cụ thể của truyền động mà ta cú thể dựng cỏc sơ đồ chỉnh lưu thớch hợp . Phõn biệt cỏc sơ đồ dựa vào : Số pha : 1 pha, 3 pha, 6 pha… Sơ đồ nối : hỡnh tia, hỡnh cầu… Số nhịp : Số xung ỏp đập mạch trong từng chu kỳ của điện ỏp nguồn. Khoảng điều chỉnh : là vị trớ của đặc tớnh ngoài trờn mặt phẳng toạ độ. Chế độ năng lượng : chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc… Tớnh chất dũng tải là liờn tục hay giỏn đoạn Đối với hệ truyền động quay chi tiết mỏy mài, khụng yờu cầu đảo chiều quay động cơ . Do đó trong phần giới thiệu này ta khụng đề cập tới cỏc hệ chỉnh lưu cú đảo chiều và cỏc hệ nghịch lưu. c1. Đặc tính của hệ T - Đ Trong hệ T - Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu Tiristor, dũng diện chỉnh lưu cũng chớnh là dũng điện phần ứng của động cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và tớnh chất của tải . Trong truyền động điện tải của chỉnh lưu thường là cuộn kớch từ ( tải R-L ) hoặc mạch phần ứng động cơ ( tải R-L-E ). Phương trỡnh đặc tớnh cơ cho hệ T-Đ ở chộ độ dũng liờn tục : Độ cứng đặc tớnh cơ của hệ là : trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ ( gồm điện trở phần ứng động cơ, và điện trở cỏc phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ ). Tốc độ khụng tải lý tưởng phụ thuộc vào giỏ trị của gúc điều khiển a : Tuy nhiờn, tốc độ khụng tải lý tưởng chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của đặc tớnh cơ kộo dài . Thực tế do cú vựng dũng điện giỏn đoạn, tốc độ khụng tải lý tưởng của đặc tớnh là lớn hơn. M w Hỡnh 3.7: Họ đặc tính cơ của hệ T-Đ Biờn liờn tục a = 0 a 1< a 2< a 3 a 1 a 3 a 2 Họ đặc tớnh cơ của hệ thống trong trường hợp này được thể hiện trờn hỡnh (3.7). Khi điều chỉnh ở vựng dưới tốc độ dịnh mức, cỏc đặc tớnh cơ của hệ T - Đ mềm hơn hệ F - Đ vỡ cú sụt ỏp do hiện tượng chuyển mạch của cỏc Tiristor . Gúc điều khiển a càng lớn thỡ điện ỏp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ . Khi đó đặc tớnh cơ hạ thấp, ứng với một momen cản Mc tốc độ động cơ sẽ giảm. Lý thuyết và thực nghiện chứng tỏ khi phụ tải nhỏ, do gúc điều chỉnh lớn, cỏc đặc tớnh cơ cú độ dốc lớn (phần nằm trong đường gạch chộo của đường đặc tớnh cơ). Đó là vựng dũng điện giỏn đoạn . Gúc điều khiển càng lớn ( khi điều chỉnh sõu ) thi vựng dũng điện giỏn đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khú khăn. Trong thực tế tớnh toỏn hệ T - Đ ta chỉ cần xỏc định biờn giới vựng dũng điện giỏn đoạn, là đường phõn cỏch giữa 2 vựng dũng điện giỏn đoạn và dũng liờn tục . Biờn giới giữa 2 vựng này cú dạng Elip với cỏc trục là cỏc trục của đường đặc tớnh cơ. Về bản chất, chế độ dũng điện giỏn đoạn xảy ra do năng lượng điờn tớch luỹ trong mạch khụng đủ lớn để duy trỡ tớnh chất liờn tục của dũng tải khi nú giảm, lỳc này gúc dẫn của van sẽ nhỏ hơn với p là số xung đập mạch trong một chu kỳ . Trong trường hợp giữ nguyờn gúc điều khiển a nếu tốc độ quay cũn quỏ cao, sức điờn động động cơ lớn, gúc dẫn l sẽ tự động giảm làm quỏ trỡnh giỏn đoạn tăng . Tại thời điểm I = 0 , momen điện từ của động cơ M = 0, làm giảm tốc độ động cơ . Tốc độ động cơ giảm đồng nghĩa với việc E giảm, gúc dẫn l tự động tăng làm giảm quỏ trỡnh giỏn đoạn trong mạch . Vỡ lý do đó mà đặc tớnh cơ của hệ T - Đ rất dốc trong vựng dũng điện giỏn đoạn. Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vựng dũng điện giỏn đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giỏ trị điện cảm L của mạch và tăng số pha chỉnh lưu p, song khi tăng số xung pha p thỡ mạch chỉnh lưu càng tăng độ phức tạp cả về mạch điều khiển lẫn mạch lực . Cũn khi tăng tri số L sẽ làm xấu quỏ trỡnh quỏ độ ( tăng thời gian quỏ độ ) và làm tăng trọng lượng kớch thước của hệ thống. c2. Ưu nhược điểm của hệ T - Đ Ưu điểm lớn nhất của hệ T - Đ là điều chỉnh tốc độ ờm, phạm vi điều chỉnh lớn, cú thể mở mỏy và hóm mỏy liờn tục ở dải cụng suất trung bỡnh . Ngoài ra, cũn cú độ tỏc động nhanh, khụng gõy ồn và dễ tự động hoỏ do cỏc van bỏn dẫn cú hệ số khuyếch đại công suất rất cao . Điều đó rất thuận tiện cho việc thiờt lập cỏc hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vũng nhằm nõng cao chất lượng cỏc đặt tớnh của hệ thống . Hệ T - Đ cú khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng, hệ thống cú đọ tin cậy cao quỏn tớnh nhỏ và hiệu suất lớn. Nhược điểm chủ yếu của hệ truyền động T - Đ là : Do cỏc van bỏn dẫn là cỏc phần tử phi tuyến, dạng điện ỏp chỉnh lưu ra cú biờn độ đập mạch lớn, gõy tổn thất phụ. Trong mỏy điện và ở cỏc truyền động cụng suất lớn cũn làm xấu dạng điện ỏp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số cụng suất cosj của hệ núi chung là thấp khi phải điều chỉnh sõu. Kết luận: Qua những phõn tớch trờn ta đó thấy rừ ưu nhược điểm của cỏc hệ truyền động điều khiển động cơ điện một chiều . Đối với hệ truyền động quay chi tiết mỏy mài 3K225B là hệ truyền động động cơ điờn một chiều cụng suất nhỏ, sử dụng hệ truyền động T-Đ là đơn giản hiệu quả và tin cậy hơn cả. Vỡ những đặc điểm của yờu cầu cụng nghệ ta quyết định lựa chọn hệ truyền động T - Đ khụng đảo chiều để điều khiển động cơ quay chi tiết mỏy mài 3K225B. Phân tích lựa chọn Để cung cấp cho các động cơ điện một chiều từ lưới điện xoay chiều, phải dùng các thiết bị biến đổi . Phần lớn các thiết bị biến đổi hiện nay đang sử dụng là các bộ biến đổi van điều khiển . Người ta gọi thời gian mà các bộ biến đổi chỉnh lưu cho dòng điện đi qua trong một phần chu kỳ là khoảng dẫn, hoặc khoảng thông với sụt áp trên van không lớn, và khi ngắt mạch trong phần còn lại của chu kỳ là khoảng không dẫn hoặc không ngắt. Điện áp được điều chỉnh bằng cách biến đổi thời hạn làm việc của van trong khoảng thông . Trong thực tế người ta dùng các loại van có điều khiển hạn chế, nghĩa là có thể điều khiển thời điểm đầu khoảng thông, nhưng không thể ngắt mạch khi dòng điện chưa giảm về không . Do đó, việc điều chỉnh điện áp bộ biến đổi van được thực hiện bằng cách biến đổi thời điểm thông van . Việc rút ngắn thời hạn trạng thái thông của van trong khoảng dẫn được đặc trưng bởi góc thông chậm . Trị số trung bình của điện áp và dòng điện bộ biến đổi được xác định bởi các thông số của nó và sơ đồ nối . Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ khác nhau . Tuy nhiên, theo nguyên lý và cách thiết lập, tất cả các sơ đồ điện chia thành hai loạ : Các sơ đồ có đầu không ( còn gọi là sơ đồ tia, sơ đồ một nửa chu kỳ ) và các sơ đồ cầu ( còn gọi là sơ đồ hai nửa chu kỳ ). Trong các sơ đồ đầu không, điện áp được chỉnh lưu là 1 nửa sóng của hệ thống điện áp xoay chiều . Đặc điểm của các sơ đồ một nửa chu kỳ là ngoàI các thời gian chuyển mạch các van ứng với ( là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầu làm việc ), dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở . Do đó dòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được xác định bởi độ sụt áp bên trong pha đó. Trong các sơ đồ cầu, điện áp được chỉnh lưu là cả 2 nửa sóng của hệ thống điện áp xoay chiều . Bên ngoài chu kỳ chuyển mạch, vẫn có 2 van làm việc đồng thời. Dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua 2 van và 2 pha của máy biến áp dưới tác dụng của hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng của sức điện động dây. Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều, cả 6 van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc. Chỉnh lưu một nửa chu kỳ Sơ đồ nguyên lý và đồ thị dạng điện áp và dũng điện được thể hiện trên hỡnh 3.8 Trong đồ thị hỡnh 3.8 (b) gúc a là gúc mở của van, l là gúc dẫn dũng. Do tải mang tớnh điện cảm nên đường cong dũng điện kéo dài ra khỏi p khi điện áp Ud đó chuyển sang chu kỳ õm Khi Ti khụng dẫn dũng ta vẫn cú Ud = Ed là sức điện động của tải (ở đây là sđđ của động cơ). Chế độ dũng điện của mạch là gián đoạn . Hỡnh 3.8: sơ đồ nguyên lý (a) & giản đồ điện áp (b) FX R L E U2 U1 T a) l a p 2p wt wt wt U1 Ud Id 0 0 0 Ed q3 q1 q2 b) Khi van dẫn dũng ta cú phương trỡnh cõn bằng ỏp : Giải phương trỡnh theo phương phỏp xếp chồng ta cú: Với : Hằng số tớch phõn C được xỏc định theo chế độ dũng điện. Đặt gúc a* tớnh từ thời điểm qua 0 của điện ỏp nguồn tạo thành Ud ® a* = a - . Khi dũng giỏn đoạn ta cú i(a*) = 0, ta cú quy luật dũng điện : Bằng cỏch giải phương trỡnh siờu việt ta tớnh được tham số U da Với là thời gian tồn tại của dòng điện trong một chu kỳ chỉnh lưu. Hệ số sử dụng biến ỏp của sơ đồ xấu : Sba = 3,09.Pd Chất lượng điện ỏp ra xấu, trị số điện ỏp tải trung bỡnh lớn nhất Ud = 0,45U2 ( ứng với gúc mở a = 0 ) Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyờn lý mạch đơn giản . Tuy nhiờn cỏc chất lượng về kỹ thuật như : chất lượng điện ỏp một chiều, hiệu suất sử dụng biến ỏp quỏ xấu . Do đó loại chỉnh lưu này ớt được sử dụng trong thực tế. Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ Sơ đồ nguyên lý, đồ thị điện áp chỉnh lưu được thể hiện trên hỡnh 3.9 Trên sơ đồ sử dụng biến áp có điểm giữa với cỏc thụng số : Hỡnh 3.9: sơ đồ nguyên lý (a) & giản đồ điện áp (b) R L U*2 U1 T1 E T2 U2 a) wt wt Id 0 0 Ed l a p 2p wt U1 Ud 0 q1 Ud Id wt wt Dũng giỏn đoạn Dũng liờn tục b) 0 0 Ở mỗi nửa chu kỳ cú một van dẫn, cho nờn ở cả 2 nửa chu kỳ súng điện ỏp tải trựng với điờn ỏp cuộn dõy cú van dẫn . Tần số đập mạch của sơ đồ bằng 2 lần tần số đập mạch của điện ỏp xoay chiều. Trường hợp dũng tải là giỏn đoạn : Khi T1 ta cú phương trỡnh : (1) Dũng id cũng cú thẻ là dũng liờn tục hoặc dong giỏn đoạn. Điều nay tuỳ thuộc vào giỏ trị cỏc tham số của mạch, biến đổi biểu thức (1) ta cú : Trường hợp dũng điện giỏn đoạn : Trong trường hợp dũng liờn tục ta cú : Trong sơ đồ nay điện ỏp mà cỏc van phải chịu là lớn nhất Ung max = . Do cỏc van chỉ dẫn trong 1/2 chu kỳ của điệ ỏp nguồn nờn dũng trung bỡnh qua van Itbv = , trị số dũng hiệu dụng chảy qua van Ihd = 0,71Id . Nhận xột: So với chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ thỡ sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ cú chất lượng điện ỏp tốt hơn . Dũng điện chạy qua van khụng quỏ lớn, tổng điện ỏp rơi trờn van nhỏ . Đối với chỉnh lưu cú điều khiẻn thỡ sơ đồ chỉnh lưu loại này điều khiển cỏc van bỏn dẫn khỏ đơn giản . Tuy nhiờn việc biến ỏp cú hai cuộn dõy phớa thứ cấp giống nhau mà mỗi cuộn chi làm việc trong một nửa chu kỳ, việc chế tạo biến ỏp phức tạp, hiệu suất sử dụng biến ỏp khụng cao Sba = 1,48Pd , mặt khỏc điện ỏp ngược đặt lờn van là rất lớn. Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển Sơ đồ mạch chỉnh lưu tia 3 pha hỡnh tia được trỡnh bày trờn hỡnh 3.10. Sơ đồ mạch van gồm biến ỏp 3 pha phớa thứ cấp đấu Y cú trung tớnh, 3 van bỏn dẫn đấu theo kiểu catụt chung . Điện ỏp trờn thứ cấp biến ỏp nguồn . Ua = (V) . Ub = (V) . Uc = (V) . Từ đó ta nhận thấy rằng tại mỗi thời điểm chỉ cú điện ỏp của một pha dương hơn hai pha cũn lại . T3 L c a b T2 T1 R E Hỡnh 3.10: Sơ đồ chỉnh lưu hỡnh tia 3 pha(a) đồ thị điện ỏp và dũng điện(b) E Wt Wt l a iưd Ud Id Dũng điện giỏn đoạn Ud a2 b2 c2 Ud E Wt Wt Wt a l id I2a 0 0 0 id Dũng điện liờn tục a) b) Nguyờn tắc điều khiển là khi anot của Tiristor nào dương hơn thỡ Tiristor đó mới được kớch mở . Thời điểm giao nhau của 2 trong 3 pha được gọi là điểm chuyển mạch tự nhiờn . Vậy gúc mở nhỏ nhất của sơ đồ sẽ là dịch pha 300 so với điện ỏp pha . Giỏ trị trung bỡnh của điện ỏp tải : Ud = d- = Với Id là điện khỏng chuyển mạch : Id = ( A ) Điện ỏp ngược cực đại đặt lờn van bằng điện ỏp dõy của thỡ cấp biến ỏp nguồn Ungmax = 2,45.U2 Dũng điện qua van trong cả 2 trường hợp dũng giỏn đoạn hay liờn tục thỡ dũng trung bỡnh qua van đều bằng . Nhận xột : So với chỉnh lưu một pha thỡ chỉnh lưu hỡnh tia 3 pha cho chất lượng điện ỏp một chiều tốt hơn, biờn độ điện ỏp đập mạch thấp hơn thành phần súng hài bậc cao nhỏ . Việc điều khiển cỏc van bỏn dẫn tương đối đơn giản . Do dũng điện mỗi cuộn dõy thứ cấp biến ỏp là một chiều do biến ỏp ba pha ba trụ mà từ thụng lừi thộp biến ỏp là từ thụng xoay chiều khụng đối xứng làm cho cụng suất biến ỏp phải lớn Sba = 1,35.Pd . Với sơ đồ này thỡ bắt buộc phải dựng biến ỏp . Điện ỏp ngược đặt trờn van lớn bằng 2,45U2 . Đối với tải yờu cầu điện ỏp lớn thỡ việc chọn van gặp khú khăn . Khi cụng suất tải lớn so với biến ỏp nguồn cấp sẽ gõy mất đối xứng cho nguồn lưới . Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha thường được sử dụng với loại tải cú yờu cầu khụng quỏ cao về chất lượng điện ỏp một chiều . Đối với loại tải cú điện ỏp một chiều định mức là 220 V thỡ sử dụng sơ đồ cú ưu điểm hơn tất cả . Bởi vỡ theo sơ đồ này khi chỉnh lưu trực tiếp từ lưới 220V thỡ điện ỏp một chiều lớn nhất đạt được là 220V.1,17 = 257,4 V . Để cú điện ỏp một chiều 220V khụng nhất thiết phải chế tạo biến ỏp mà chỉ cần chế tạo 3 cuộn khỏng anụt của van là đủ. Chỉnh lưu cầu một pha a. Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển gồm 4 van bàn dẫn T1 ¸ T4 . Trong đó, T1, T3 là nhúm katụt chung, T2, T4 là nhúm anụt chung . Nguồn xoay chiều đưa vào mạch cú thể lấy trực tiếp từ lưới hoặc thụng qua biến ỏp. a) T1 T2 T3 T4 E L R Hỡnh 3.11: sơ đồ nguyên lý (a) & giản đồ điện áp (b) chỉnh lưu cầu 1 pha wt wt 0 0 Ed l a p 2p wt U1 Ud 0 q1 UT1 Id wt wt b) 0 Nguyờn lý hoạt động : Trong nửa chu kỳ đầu từ 0p điện ỏp đặt vào Anốt T1 dương, điện áp đặt vào Katụt T2 õm, nếu cú xung đồng thời kớch mở cho cả 2 van thỡ cả hai van sẽ mở đặt điện ỏp lưới vào tải . Nửa chu kỳ tiếp theo p2p điện ỏp nguồi đổi dấu anốt của T3 dương , katụt T4 õm, nếu cú xung kớch mở cho cả 2 van thỡ chỳng sẽ thụng . Điện ỏp ra trờn tải là một chiều trựng với chiều của nửa chu kỳ trước, vỡ điện cảm trong mạch tải nờn thực tế dũng Id là liờn tục . Chỉnh lưu cầu một pha cú chất lượng điện ỏp ra hoàn toàn giống như chỉnh lưu tia 2 pha, hỡnh dạng cỏc đường cong điện ỏp và dũng điện tải, dũng qua cỏc van bỏn dẫn cú hỡnh dạng như trờn đồ thị hỡnh 3.11. Dũng điện qua cỏc van giống như sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ. Việc điều chỉnh đồng thời cỏc cặp van T1, T2 và T3, T4 cú thể thực hiện bằng việc sử dụng bbiến ỏp xung cú 2 cuộn thứ cấp. Tính toán Ud, Id, ITbv, Ungmax : Tải R, chế độ dòng gián đoạn () : Với : Udo = 0,9U2 Tải R - L dòng liên tục : Tải R-L-E dòng liên tục : Giả sử T1 ,T2 đang dẫn ta cú phương trỡnh : Trong đó : Dòng qua tải : Dòng trung bình qua van : Điện áp ngược đặt lên van : Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Hình 3.12 a : Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Hình 3.12 b : Giản đồ điện áp chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng Trong sơ đồ này, các điôt D1, D2 vẫn mở tự nhiên ở đầu các nủa chu kỳ : D1 mở khi u2 âm, D2 mở khi u2 dương. Các tiristo mở theo góc . Tuy nhiên các van khoá theo nhóm : D1 dẫn sẽ làm T1 ( cùng nhóm catôt chung ) khoá, T1 dẫn thì D1 bị khoá . Tương tự D2 dẫn thì T2 khoá và ngược lại, T2 dẫn thì D2 khoá . Do vậy ta có các giai đoạn là : Trong khoảng : T1 D2 dẫn, ud = u2 Trong khoảng : D1 D2 dẫn, D1 dẫn ở và làm T1 khoá, T2 chưa dẫn nên D2 còn mở chưa khoá. Trong khoảng : T2 D1 dẫn, T1 dẫn làm D2 khoá, ud = - u2 Trong khoảng : T2 D2 dẫn. Ta lại thấy có 2 đoạn có van mắc thẳng hàng dẫn với nhau là D1 D2, tải lại bị ngắn mạch nên vẫn có ở các giai đoạn này : ud = 0 Dạng điện áp ud : Ud = 0.9 U2 Id = Song đồ thị dẫn của van cho thấy chúng vẫn không đều nhau : Tiristo dẫn trong khoảng Điôt dẫn trong khoảng Vì vậy dòng trung bình qua van là : Nhận xột: Chỉnh lưu cầu một pha được sử dụng khỏ rộng rói trờn thực tế nhất là đối với loại tải cú điện ỏp lớn hơn 10(v), dũng tải cú thể lờn tới 100A . Ưu điểm của mạch là cú thể khụng cần biến ỏp . Do cú hai van dẫn dũng lờn cú sụt ỏp trờn cả hai van làm cho sơ đồ này khụng thớch hợp với dải điện ỏp thấp. Trong sơ đồ cầu dũng điện phớa thứ cấp biến ỏp nguồn khụng cú thành phần một chiều do mỗi pha nguồn được nối với 2 van, mỗi van dẫn dũng theo một chiều Chỉnh lưu cầu tụt hơn chỉnh lưu tia về chỉ tiờu này . Hiệu suất biến ỏp Sba=1,38Pd . Đối với tải cú điện ỏp và dũng điện nhỏ thỡ việc chọn sơ đồ cầu một pha là hợp lý bởi hệ số điện ỏp ngược của van nhỏ, dễ chọn van hơn . Chỉnh lưu cầu một pha cú điều khiển được dựng nhiều cho cỏc loại tải cú làm việc ở chế độ nghịch lưu hoàn trả năng lượng về nguồn như động cơ điện một chiều . Chỉnh lưu cầu 3 pha Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng Nguyên lý hoạt đông Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng hình 3.14a có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba Tiristor T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anot, còn T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lưu này ghép lại thành cầu ba pha. Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+), một xung ở nhóm catot (-)) . Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình 3.14b cần mở Tiristor T1 của pha A phía anot, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho Tiristor T1 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự . Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha. Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn . Ví dụ trong khoảng t1 ¸ t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dược chạy từ A về B . Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của nhóm này (anot hay catot) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau . Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1 ¸ t3 như trên hình 3.13b Tiristor T1 nhóm anot dẫn, nhưng trong nhóm catot T4 dẫn trong khoảng t1 ¸ t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 ¸ t3 . R T1 T3 T5 L T6 T4 T2 E A B C A X1 X2 X3 X4 X5 X6 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf I1 I3 I5 I2 I4 I6 0 UT1 E 5 3 2 1 0 a. b. Hình 3.13 : a - sơ đồ động lực, b - giản đồ các đường cong cơ bản Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá . Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 ( đường cong cuối cùng của hình 3.13b ) trong khoảng t1 ¸ t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3 ¸ t5 van T3 dẫn lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5 ¸ t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA. Khi điện áp tải liên tục, như đường cong Ud trên hình 3.13b trị số điện áp tải được tính theo công thức : Ud = Udo.cos Khi góc mở các Tiristor lớn lên tới góc a > 600 và thành phần điện cảm của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn . Khi góc mở các Tiristor a =900 với tải thuần trở) . Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng cho tới khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá. Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa . Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển không đối xứng . Ưu nhược điểm: Chất lượng điện áp đầu ra tốt nhất trong các phương pháp chỉnh lưu dùng được cho cả tải có xả năng lượng về lưới. Sơ đồ điều khiển phức tạp , số van sử dụng nhiều. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Nguyên lý hoạt động Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anot hoặc catot) điều khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình 3.14ê . Trên hình 3.14b mô tả giản đồ nguyên lý tạo điện áp chỉnh lưu (đường cong trên cùng), sóng điện áp tải Ud (đường cong nét đậm thứ hai trên hình 3.14b), khoảng dẫn các van bán dẫn T1, T2, T3, D1, D2, D3 . Các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp . Ví dụ T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2) . Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điện áp dây đổi dấu . Các diot tự động dẫn thông khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều . Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 ¸ t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 ¸ t5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5 ¸ t6. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dòng điện và điện áp sẽ gián đoạn. Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800. Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia ba pha. Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển dễ dàng hơn, nhưng các điều hoà bậc cao của tải và của nguồn lớn hơn . So với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng, thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van bán dẫn được thực hiện đơn giản hơn . Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha. A B C A X1 X2 X3 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ud Uf T1 T2 T3 D1 D2 D3 0 E R T1 T3 T5 L T6 T4 T2 E a. b. Hình 3.14. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứnga- sơ đồ động lực, b- giản đồ các đường cong Nhận xột * Qua quá trình phân tích các sơ đồ mạch chỉnh lưu ta thấy sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không đối xứng có nhiều ưu điểm đáp ứng tốt các yêu cầu của hệ truyền động điện máy mài 3K225B với động cơ quay chi tiết có công suất thấp ( 0,76 KW ). Vì vậy ta chọn sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển cầu một pha không đối xứng làm sơ đồ thiết kế. Chương 4 Tính toán lựa chọn các phần tử trong mạch lực Sau khi phân tích một số sơ đồ chỉnh lưu, chúng ta đã lựa chọn được sơ đồ phù hợp để thay thế mạch lực của hệ truyền động quay chi tiết . Đó là sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng. Sơ đồ mạch lực : Hình 4.1 : Hệ truyền động quay chi tiết máy mài tròn trong 3K225B Tính chọn các phần tử trong mạch lực Các thông số cho trước : Uktđm = 220 V Phạm vi điều chỉnh tốc độ : D = 10/1 Động cơ có công suất : Pđm = 0,76 KW Tốc độ : n = 2500 v/ph Điện áp : Uưđm = 220 V Công suất kích từ : Pkt = = 76 W Điện áp kích từ : Ukt = 220 V Tính chọn van Điện áp ngược mà van phải chịu: Ung= Ud/kU.knv = (220/0,9). 1,41 = 344,66 V Dũng điện làm việc của van tớnh theo dũng hiệu dụng : Ilv = Ihd = Id/2 với Id = Pđm/Ud.ỗ = (760/220.0,85)= 4,06 A Ilv = 2,03 A Chọn điều kiện làm việc của van Cú cỏnh tản nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, không có quạt làm mát.Với điều kiện này, dũng làm việc của van cần chọn hệ số dự trữ: kI = 1,2. Idmv = kI.Ilv = 4.2,03 = 8,12 A. Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho khi chỉnh lưu là điện áp, dòng điện, các thông số còn lại là những thông số tham khảo khi lựa chọn Loại van nào có sụt áp nhỏ hơn sẽ có tổn hao nhiệt ít hơn. Dòng điện rò của loại van nào nhỏ hơn thì chất lượng tốt hơn. Nhiệt độ cho phép của loại van nào cao hơn thì khả năng chịu nhiệt tốt hơn Điện áp và dòng điện điều khiển của loại van nào nhỏ hơn, công suất điều khiển thấp hơn Loại van nào có thời gian truyền mạch bé hơn thì sẽ nhẹ hơn Vậy chọn 2 Tiristo loại : KY243A Ungmax = 400 V Iđm = 10 A Chọn 2 Điôt loại : ọ 243A Iđm = 10 A Ungmax = 400 V Các thông số còn lại của động cơ : - Điện cảm phần ứng động cơ được tính theo công thức : Lư = Với : Kl là hệ số lấy giá trị là 5,5 ữ 5,7, đối với máy không bù Kl = 1,4 ữ 1,9 đối với máy có bù Chọn Kl = 1,8. P là số đôi cực : P =2 Lư = = 0,0195 H. - Sức điện động của động cơ: Eđm = Uđm- Iư.Rư = 220 – 4,06.4,06 = 203,5 V. Tính chọn cuộn kháng lọc a. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại : Chọn góc mở cực tiểu = 100là góc dự trữ để có thể bù được sự suy giảm điện áp lưới. Khi góc mở thì điện áp trên tải là lớn nhất, tương ứng với tốc độ động cơ là lớn nhất nđm=nmax. Khi max thì điện áp trên tải là nhỏ nhất. Udmin=Ud0.cosjmax tương ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin. Ta có max= arcos(Udmin/Ud0). Với Udmin được xác định từ dải điều chỉnh: Ta có : D = ===10 Udmin = . = . = =34,6 (V) Vậy góc = 80,90 ứng với điện áp động cơ là nhỏ nhất. b. Xác định điện cảm cuộn kháng lọc : Sự đập mạch của điện áp chỉnh lưu làm cho mdòng điện tải cũng đập mạch theo, làm xấu đi chất lượng dòng điên 1 chiều, nếu tảI là động cơ 1 chiều sẽ làm xấu quá trình chuyển mạch cổ góp của động cơ, làm tăng phát nóng của tảI cho các thành phần sóng hài. Thông thường đánh giá ảnh hưởng của đập mạch dòng điện theo trị hiệu dụng của sóng hài bậc nhất, bởi vì sóng hài bậc nhất chiếm tỷ lệ vào khoảng ( 2 ữ 5)% dòng điện định mức của tải. Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch được tính theo biểu thức sau: Ll = Trong đó: Ll : trị số điện cảm lọc đập mạch cần thiết Idđm : dòng điện định mức của bộ ching lưu Idđm = 4,06 A. = 314: tần số góc. K = 1,2,3…bộ số sóng hài. +Đối với sơ đồ chỉnh lưu điều khiển không đối xứng, khi góc điều khiển nhỏ thành phần sóng hài với K =2, và K.m = 6. I*1% : trị hiệu dụng của dòng điện sóng hài cơ bản lấy tỷ số theo dòng điện định mức của chỉnh lưu. Tri số này cho phép I*1% <10%. Udnmax : biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu Biên độ thành phần sóng hài của điện áp chỉnh lưu Udnmax xác định theo công thức: Với: Ud0: điện áp chỉnh lưu cực đại = 220V. : góc điều khiển bán dẫn khi góc điều khiển là cực đại: = 80,90. Udnmax = Ud0.0,13 = 28,6 V. Ll = Trị số điện cảm của cuộn kháng lọc Lckl để lọc thành phần dòng điện đập mạch được tính theo công thức: Lckl = Ll – Ld – Lba Với : Ld = . ( Kd = 0,1: động cơ có cuộn bù) Lba = 0 vì không sử dụng biến áp Lckl = 0,016 H. c. Thiết kế kết cấu cuộn kháng : Các thông số ban đầu : Dòng điện qua cuộn kháng : Biên độ dòng điện xoay chiều bậc một : I 1m = 0,1Idm = 0,406(A) Do điện cảm của cuộn kháng rất lớn, điện trở của cuộn dây rất nhỏ, ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của nó : Với r = 6 số xung đập mạch trong 1 chu kỳ. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc : Công suất cuộn kháng lọc : Tiết diện cực từ chính cuộn kháng lọc : Chuẩn hoá tiết diện lõi thép ta chọn : Lõi thép là loai III 12 x 10 có: b h H c c a C Hình 4.2 : Hình dạng lõi cuộn kháng lọc a/2 a = 12(mm) b =10(mm) c = 12(mm) h = 30(mm) C = 48(mm) H = 42(mm) Hình dạng lõi thép được thể hiện trên hình 4.2 Khi có thành phần dòng xoay chiều chạy qua cuộn cảm thì trong cuộn cảm suất hiện một sức điện động tự cảm : Với Gần đúng ta có thể coi Chọn Chọn W = 51 (vòng) Thành phần dòng điện chạy qua cuộn kháng là : Dòng hiệu dụng qua cuộn kháng : Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,7(A/mm2) Tiết diện dây quấn : Chuẩn hóa tiết diện theo dây dẫn tròn : d = 1,4(mm) S = 1,5394(mm) mcu = 13,7(g/m) Rcu = 0,0113(W/m) khi tính đến cách điện : dn = 1,5(mm) Tính lại mật độ dòng điện : Tính số vòng trên một lớp : Chọn khoảng cách từ gông đến cuộn dây là : Số lớp dây : Bố trí dây : mỗi lớp có 17 (vòng) Chọn khoảng cách cách điện giữa dây quần với trụ : Chọn khoảng cách cách điện ngoài cùng : Cách điện giữa các lớp là : Bề dầy cuộn dây : Chiều rộng cửa sổ cần thiết : Vậy mạch từ chọn là phù hợp Chiều dài của dây quấn : Điện trở dây quấn : Ta có thể bỏ qua điện trở của dây quấn Vậy cuộn kháng tính toán là phù hợp Bảo vệ quỏ điện ỏp cho van bỏn dẫn Bảo vệ quá điện áp do quá trỡnh đóng cắt Tiristo được thực hiện bằng cách mắc RC song song với Tiristo. Khi có sự chuyển mạch các điện tớch tớch tụ trong cỏc lớp bỏn dẫn phúng ra ngoài tạo ra dũng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn. Sự biến thiờn nhanh chúng của dũng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anôt và catôt của Tiristo . Khi cú mạch RC mắc song song với Tiristo tạo ra mạch vũng phúng điện tích trong quá trỡnh chuyển mạch nờn Tiristo khụng bị quỏ điện áp . Theo kinh nghiệm ta chọn R = 33/10W, C = 4,7/600V C T R Chương 5 Thiết kế mạch điều khiển bộ chỉnh lưu Khỏi quỏt về mạch điều khiển Tiristor Yêu cầu đối với mạch điều khiển Mạch điều khiển là khâu rất quan trọng trong bộ biến đổi Tiristo vỡ nú đóng vai trũ chủ đạo trong việc quyết định chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi yêu cầu đặt ra đối với mach điều khiển : Phát xung điều khiển đến các van lực theo đúng pha với góc điều khiển tương ứng . Đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc điều chỉnh tương ứng với phạm vi thay đổi điện áp ra tải của mạch lực Cho phép bộ chỉnh lưu làm việc bỡnh thường với các chế độ khác nhau do tải yêu cầu như chế độ khởi động , chế độ hóm… Có độ đối xứng xung điều khiển tốt không vượt quá điện Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện xoay chiều thay đổi cả về giá trị điện áp và tần số trong phạm vi cho phép . Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt Độ tác động của mạch điều khiển nhanh, dưới 1ms . Thực hiện các yêu cầu về bảo vệ bộ chỉnh lưu từ phía điều khiển ngắt xung điều khiển khi sự cố thông báo các hiện tượng không bỡnh thường của lưới và bản thân bộ chỉnh lưu ..v.v… Đảm bảo các xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắn van , thoả món cỏc yờu cầu : - Đủ công suất : dũng ỏp điều khiển . - Có sườn xung dốc đứng . - Độ rông đủ để dũng qua van kịp vượt I duy trỡ Yờu cầu về lắp rỏp vận hành Thiết bị thay thế dễ lắp ráp và điều chỉnh. Mỗi khối có khả năng làm việc độc lập … Lựa chọn mạch điều khiển Điều khiển bằng mạch tương tự Sơ đồ khối của mạch điều khiển tương tự ( hỡnh 5.1 ) Đồng pha So sỏnh Tạo xung Udk Ti Hỡnh 5.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển Khâu đồng pha Khõu đồng pha cú nhiệm vụ tạo ra một điện ỏp cú gúc lệch pha cố định với điện ỏp đặt lờn van ( thường tạo ra điện ỏp tựa Urc ( thường là điện ỏp răng cưa tuyến tớnh)). Khõu so sỏnh Khõu này cú chức năng so sỏnh điẹn ỏp điều khiển với điện ỏp tựa dạng răng cưa tuyến tớnh hoặc hỡnh sin nhằm dịnh thời điểm phỏt xung điều khiển, thường đó là thời điểm khi 2 điện ỏp này bằng nhau. Đây là khõu xỏc định gúc điền khiển. Khõu tạo xung Cú nhiệm vụ tạo xung phự hợp để mở van . Xung điều khiển van cú yờu cầu sườn trước dốc đứng để đảm bảo yờu cầu van mở tức thời khi cú xung điều khiển ( thường gặp là xung kim hoặc xung chữ nhật ) đủ cụng suất , cỏch ly giữa mạch điều khiển và mạch lực Điều khiển bằng mạch số Đồng pha Đếm xung X dh KĐTX Uđk Ti Hỡnh 5.2 : Sơ đồ khối điều khiển bằng mạch số Mạch điều khiển số được thiết lập trờn nguyờn tắc biến đổi mó số thành cỏc tín hiệu dịch chuyển theo nguyờn tắc thời gian (a). Hệ thống điều khiển số khắc phục được nhược điểm cơ bản của hệ thống điều khiển liờn tục ở chỗ loại trừ được sai số do hiện tượng trụi gõy ra. Nguyờn lý điều khiển: Trong mạch điều khiển tạo xung đồng hồ (Xdh )cú tần số cao. Khi điện ỏp anụt của Ti đổi dấu dương thỡ tiến hành đếm xung đồng hồ . số lượng xung đếm (nXdh) khụng đổi cho mỗi chu kỳ . Khi đủ số lượng xung đếm thỡ phất xung điều khiển Ti . Ti được mở tại thời điểm phát xung điều khiển. Thiết kế mạch điều khiển Khối đồng pha + Sơ đồ : Hình 5.3 : Khối đồng pha Nguyên lý làm việc Mạch lấy xung đồng pha được lấy từ nguồn 220V, tần số f = 50 Hz, phía thứ cấp lấy 10V. Biến áp thứ cấp đươc nối với một chỉnh lưu tạo điện áp đập mạch (-) liên tục. Khối tạo xung răng cưa + Sơ đồ : Hình 5.4 : Khối tạo xung răng cưa Nguyên lý làm việc Mạch tạo xung răng cưa dùng KĐTT được xây dựng trên nguyên tắc sử dụng mạch tích phân . Quá trình phóng nạp của tụ được thực hiện nhờ nguồn nạp cho tụ là nguồn hai cực tính . Khi điện áp đầu vào mang dấu (+), điện áp trên tụ sẽ được nạp. Bằng cách thay đổi thời gian phóng , thời gian nạp và các giá trị điện trở một cách tương ứng , ta có thể thay đổi được dạng điện áp răng cưa : dốc lên, dốc xuống hay xung tam giác. c. Khối so sánh + Sơ đồ Hình 5.5 : Khối so sánh Các xung ở đầu ra của bộ so sánh được phối hợp với các xung cao tần để tạo ra xung đơn đưa vào khôí khuếch đại xung. Các xung điều khiển được khuếch đại đạt công suất và biên độ thoả mãn điều kiện mở van. Khối khuếch đại xung Hình 5.6 : Khối khuyếch đại xung Bộ khuếch đại xung được dùng ở đây là sơ đồ dùng cặp Tranzistor T1, T2 mắc kiểu Dalingtơn . Lúc này cặp Dalingtơn được coi là tương đương với một tranzistor mới. Chức năng của mạch do T1 quyết định, còn T2 có tác dụng khuếch đại dòng ra. Hoạt động của sơ đồ Đầu vào là tín hiệu logic. Khi có xung vào xv = 1 thì tranzistor T1 mở kéo theo T2 mở bão hoà. Khi không có xung vào xv = 0 thì T1 khoá nên T2 cũng khoá. Khi có xung dương đặt vào bazơ của T1 làm cho T1 thông thì T2 thông điện áp ( + Ec ) đặt lên cuộn sơ cấp của biến áp xung, ở thứ cấp của biến áp xung sẽ có xung ra kích mở Điôt . Điện trở R8 hạn chế dòng colector, điôt Đ3 hạn chế quá điện áp trên các cực colector – emitor của Tranzitor . Điôt Đ5 và Đ8 ngăn chặn xung áp âm có thể có Tranzitor bị khoá . Ta có sơ đồ điều khiển và giản đồ điện áp tại các điểm đo Hình 5.7 : Giản đồ điện áp tại các điểm đo Ta chọn các phần tử trong mạch điều khiển như sau : Ucc1 = 15 V +Ucc2 = 24 V Biến áp xung : 220V/ 10V R1 = R2 = R5 = R6 = R7 = R9 = R10 = R11 = R12 = 10 K R3 = 22 K R4 = 4,7 K R8 = 33 VR1 = 22 K VR2 = 1 K VR3 = VR4 = VR5 = 10 K C1 = 0,33 C2 = 0,1 C3 = 4,7 Đ1 = Đ2 = Đ3 = Đ4 = Đ5 = Đ6 = Đ7 = 1 A IC1 = IC2 = IC3 = IC4 = 741 T1 = C828 T2 = K4611 KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu, tính toán và thiết kế . Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Chất cùng với thầy cô trong khoa và sự cố gắng cuả bản thân đến nay bản đồ án của em với đề tài “Thiết kế nâng cấp hệ truyền động quay chi tiết của máy mài 3K225B” đã hoàn thành. Bản đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ rất quan trọng để đánh giá kết quả học tập và rèn luyện nhưng với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót . Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn đồng nghiệp để bản đồ án được hoàn thiện hơn . Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Chất và toàn thể các thầy cô trong bộ môn tự động hoá XNCN Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, ngày 06 tháng 06 năm 2007 Sinh viên Trần Hồng Sơn TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Chất Giáo trình trang bị điện - Nhà Xuất Bản Giáo Dục - 2006 Nguyễn Bính Điện tử công suất - Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật - 2000 Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải - Trần Trọng Minh Điện tử công suất - Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật - 2004 Đỗ Xuân Thụ Kỹ thuật điện tử - Nhà Xuất Bản Giáo Dục - 2004 Phạm Đình Bảo Sổ tay tra cứu IC họ CMOS - Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật - 1998 Phạm Quốc Hải Hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất Trần Văn Thịnh Tính toán thiết kế điện tử công suất - Nhà Xuất Bản Giáo Dục – 2006 Nguyễn Mạnh Tiến - Vũ Quang Hồi Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại. Võ Hồng Căn – Phạm Thế Hựu Đọc và phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại – Nhà Xuất Bản Công nhân kỹ thuật – 1982 Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện – Nhà Xuất Bản Khoa học và kỹ thuật – 2004  MỤC LỤC