mientayvn.commientayvn.com/Dien tu/Tai_lieu/Dien_dan/Dieu_khien_tu_dong/thiet_ke_he... · Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất

Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất lượng

xin hãy thông báo để chúng tôi sửa chữa hoặc thay thế bằng một tài liệu

cùng chủ đề của tác giả khác.

Bạn có thể tham khảo nguồn tài liệu được dịch từ tiếng Anh tại đây:

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

Thông tin liên hệ:

Yahoo mail: [email protected]

Gmail: [email protected]

http://mientayvn.com/Tai_lieu_da_dich.html

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 1 - Thiết bị điện điện tử

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu:

Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: Uđm = 220v , Pđm = 2,7 Kw, dđm = 1500V/ph, PO

= 4% Pđm, ηđm = 0,86. Lưới đơn xoay chiều 220/380V - 50Hz Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000 Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%. III. Nội dung các thuyết minh và tính toán; 1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor 3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực 4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở 5/ Thiết kế mạch điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu

moodul. IV. Các bản vẽ đồ thị: 05 bản vẽ Ao

LỜI NÓI ĐÀU

Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy điện một chiều nói riêng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là động cơ điện một chiều được dùng nhiều trong các ngành như cán thép, hầm mỏ, giao thông, vận tải…. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao, bảo dưỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhưng do các đặc tính ưu việt về tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy điện khác khó có thể có được. Cùng với ưu điểm về khởi động, đổi chiều quay và có thể chịu quá tải cao, những ưu điểm quan trọng trên với sự phát triển của kỹ thuật điện tử bán dẫn đã khắc phục được sự hạn chế về nguồn một chiều và công



nghệ điều khiển động cơ một chiều cũng hiện đại hơn góp phần tích cực trong nền công nghiệp sản suất. Với tầm quan trọng của công nghệ điều khiển tự động động cơ một chiều nói trên, em chọn đề tài này mong muốn được hiểu biết một phần trong công nghệ điều khiển tự động, để sau khi ra trường em có thể góp một phần nhỏ xây dựng nền công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.

Đồ án tốt nghiệp của em gồm 06 phần:

• Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao • Phần 2: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập • Phần 3: Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyistor • Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạch động lực. • Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor vòng hở. • Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phương pháp 02 mạch vòng

tối ưu Module. Em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Cao Văn Thành. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hướng dẫn em tận tình. Do thời gian và trình độ của bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhưng đồ án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo các thầy cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn. PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620,

TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO

I. KHÁI NIỆM

Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt

bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác

nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công

Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại.



II. MÁY DOA NGANG Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan

lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính

xác và độ bóng cao.

Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình

dạng của máy được mô tả như sau:

Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá

đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch

chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ máy. Ụ trục chính có thể chuyển động theo

chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo

phương ngang.

Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển

động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di

chuyển dọc của trục chính mang đầu dao.

III. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY DOA 1.. Truyền động chính:

Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với

công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần

phải hãm dừng nhanh.



Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng

bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ

điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng.

2.. Truyền động ăn dao:

Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1.

Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di

chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph.

Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi

khi tốc độ trục chính thay đổi.

Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống

truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm

bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động.

PHẦN II - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU. I. KHÁI NIỆM CHUNG:

Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục động điện. Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay động cơ, người ta xây dựng nên đặc tính ω = f (M) gọi là đặc tính cơ. II. - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

Từ sơ đồ này ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng: Uư = Eư + RưIư (1-1) Uư : Điện áp phần ứng (V) Eư : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1

Rư : Điện trở của mạch phần ứng (Ω)

Uư

U

KT



Sức điện động Eư được xác định bởi biểu thức :

ωωπ

Φ=Φ= Ka

pNEu 2 (1-2)

Trong đó: P: Số đôi cực N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb)

ω : Tốc độ góc (rad/s)

apNKπ2

= hệ số cấu tạo động cơ

Từ (1-1) và (1-2) ta có

Φ−

=K

IRU uuuω (1-3)

Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức: Mđt = KΦ Iư (1-4) Từ đó ta có Mđt KΦ Thay vào (1-3 ) ta được: Uư RưMđt KΦ (KΦ)2

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ Uư Rư KΦ (KΦ)2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Đồ thị của phương trình (1-6) - Cắt trục hoành tại Uư Rư - Cắt trục tung tại

Iư =

ω = - (1-5)

ω = - M (1-6)

Mnm = KΦ

ω ωO

Δω

Mnm M



Uư KΦ Hình 2

- Độ dốc của đường đặc tính: Rư M (KΦ)2

ωO : Tốc độ không tải lý tưởng

Δω: Độ sụt tốc III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau: * Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và thường được tính theo %:

ωđ - ω

ωđ

Trong đó: ωđ : Tốc độ đặt

ω : Tốc độ làm việc thực * Độ trơn: Được định nghĩa:

ωi + 1

ωi

Trong đó: ωi + 1: Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1)

ωi : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ơ cấp i * Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho: ωmax

ωmin Dải điều chỉnh căn cứ vào Mđm và Mnm Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến

Hình 3

ωO =

Δω =

s% = 100%

ϒ =

D = ω

TN

Mđm Mnm=(1,5-2)Mđm

M



2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập: * Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng Nguyên lý: Chúng ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng

lên → thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) Phương trình cơ bản Uư (Rư + Rf) KΦ (KΦ)2

ω = ωO - Δω Ta thấy khi chưa có Rf tốc độ là

tốc độ định mức tương ứng với đường ĐTC tự nhiên. Khi thêm Rf1 đường ĐTC Hình 5 chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêm Rf2 ĐTC càng dốc. Nó bị chận dưới tại ωnm và chặn trên tại ωđm

Phương pháp này ωO không đổi, Δω được thay đổi liên tục.

Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp → đặc tính và tốc độ nhảy cấp. * Ưu, nhược điểm:

Ta thấy: Công suất nhận từ lưới UưIđc = Mω + (Rư + Rf)I2đc

= Mω + RưI2đc +ΔPf

- Khi thấy Rf càng tăng → ΔRf tăng → tổn hao điện trở phụ lơn → tính kinh

tế không cao

- Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện

nay không sử dụng phương pháp này

* Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ: Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điều khiển từ thông của động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ

Ư Rf

K1 K2KT

Hình 4

ω = - M

ω ωđm ω1 ω2 ωnm

TN Rf1 Rf1+Rf2

Mnm M



M = KΦ.Iư

Và sức điện động quay của động cơ: Eư = KΦω

Φ: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm Φ bằng cách thêm điện trở. Hiện nay cuộn dây kích từ được cấp Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay

đổi ta thay đổi dòng kích từ IKT tỉ lệ với Φ

ek dΦ

rb + rk dt Trong đó: rb: Điện trở dây quấn kích thích rb : Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6

ωk: Số vòng dây quấn của dòng kích thích. Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ định mức. Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức:

(KΦ)2 Kư

Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cầu của máy điện

Ik = + ωk

Lk(Uđk Φ) Φ

Ikωk

βΦ = hay β*Φ = (Φ*)2 → kết quả ta có điện tích cảm ứng

M Mdm M I

ω ω ωmax

ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên

φ2 φ1 φđm

+ - I E

rk Wk rbk Ik



kkb

k Crr

CiC ⋅+

==Φ . Hình 8

* Đánh giá:

- Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ÷ 3) ωđm, lý thuyết có thể tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi. - Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự nhiên → sai số nhiều hơn

- Độ trơn: ϕ : Φ được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiển liên tục bởi đường kích từ chỉ chiếm (2÷5)%I. - Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển tốc độ động cơ bằng Φ chỉ áp dụng loại có tải P không đổi. * Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng: Nguyên lý: Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (Uư) động cơ điện một chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ biến đổi, v..v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi Uđk. Các bộ phận có Rb và Lb. Hình 9 Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: Eb - Eư = Iư(Rb + Rưđ) Eb Rb + Rưđ KΦđư KΦđư M ⎪β⎪ Vì từ thông của động cơ được giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là :

BBĐ

Đ

LK

Uđk Eb(Uđk) U Eư

Rb Rưđ

ω = - Iư

ω = ωO(Uđk) -



Mđm ⎪β⎪

Mđm

⎪β⎪ Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh phải có momen ngắn mạch là: Mnmin = Mc max = KM.Mđm Trong đó KM là hệ số quá tải về moomen Vì đặc tính là những đường song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng điều khiển có thể viết 1 Mđm

⎪β⎪ ⎪β⎪

Mđm ωOmax. ⎪β⎪ ⎪β⎪ Mđm

(KM - 1).Mđm/⎪β⎪ KM - 1 Hình 10 Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép. Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là:

ωOmin - ωmin Δω Mđm

ωOmin ωOmin ⎪β⎪ . ωOmin

Nếu các giá trị Mđm, ωOmin, sCD là xác định thì có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép

ωmax = ωOmax -

ωmin = ωOmin -

ωmin = (Mnmmin - Mđm) = (KM - 1 )

ωOmax - - 1 D = =

ω

ωOmax

ωmax

ωOmin

ωmin

ωđk1 ωđk i

M,I Mđm Mnmmin

s = = s = ≤ ϕ



trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích được giữ nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không đổi

MC = KΦđm.Iđm = Mđm Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đường thẳng ω=ωđm, M=Mđm và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng là tổn hao trong mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ. Eb = Eư + Iư ( Rb + Rưđ) IưEb= Iư Eư + I2

ư ( Rb + Rưđ) Nếu đặt Rb + Rưđ = R thì hệ số biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:

Iư Eư ω

Iư Eư + I2ư R ω + [ MR/(KΦđm)2]

Hình 11 * Nhận xét:

- Giải điều khiển có thể đạt 5 ÷ 10, nếu đường đặc tính càng dốc thì giải điều khiển càng phức tạp. - Bộ biến đổi có điện trở càng lớn thì sai số càng nhiều.

- Độ trơn ϕ: Các bộ phận biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường dòng điều khiển bé. - Đối với động cơ điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao công suất ít. - Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao, chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức.

ηư = =

ω ω

M 1 ηư

1

x=0x=-1



PHẦN III - KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU DÙNG THYRISTOR

I. CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý: Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp xoay chiều U1 = U1msinωt thì thứ cấp biến áp cảm ứng một điện áp xoay chiều U2 = U2msinωt. Tại nửa chu kỳ Hình 12 đầu A có điện thế (+) hơn đầu B, ta có điện áp thuận (+) đặt trên Anode và điện thế (-) đặt vào Katode của Thyristor. Nếu ta cấp xung điều khiển tại góc mở α nào đó thì Thyristor sẽ dẫn dòng điện qua tải. ở nửa chu kỳ sau A(-) và B(+), lúc này có điện thế ngược đặt trên Thyristor, lúc này Thyristor chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khóa, nửa chủ kỳ tiếp theo khi A(+) và B(-), lại có xung điểu khiển cho Thyristor , Thyristor lại dẫn tuần tự như trên, ở sơ đồ này có điện áp đập mạnh. 3/ Đồ thị điện áp sẽ có dạng như sau: Hình 13 Từ đó điện áp trung bình ( đối với tải thuần trở)

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=2cos1 α

dcd UU (V)

α : Góc mở van Ud: Điện áp trung bình

Udo: Điện áp chỉnh lưu khi α =0 với Udo = 0,45U2 (V)

Điện áp ngược van phải chịu: UNV = √ 2 U2 (V) Hệ số sử dụng biến áp: Sba = 3,09.Udid

U

U1 U2

R L

T

α1 α2 ωt π 2π 3π 4π



Nhận xét: Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản, tuy vậy các chất lượng điện áp kỹ thuật như chất lượng điện áp 1 chiều, hiệu suất sử dụng biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế. II. CHỈNH LƯU CẢ CHU KỲ VỚI BIẾN ÁP CÓ TRUNG TÍNH 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý: Tại nửa chu kỳ đầu: Khi A(+), B(-) ta cấp xung điều khiển cho T1 có dòng tải đi từ A qua T1 đến E qua L,R về F. Nửa chu kỳ sau: Khi A(-), B(+) ta cấp xung điều khiển cho T2 có dòng tải đi từ B qua T2 , đến E qua L, R về F. Hình 14 Như vậy có dòng qua tải trong 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều 3/ Đồ thị Hình 15 - Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=2cos1 α

dcd UU (V)

Với Udo : Điện áp chỉnh lưu không điều khiển Udo = 0,9 U2 (V) - Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục

Ud = Udo. cosα (V) - Điện áp ngược mà van phải chịu

U1

B T2

A T1

F R L E

U2

U2

0 t1 t2 t3

Ud Id

I1

I2

t

t

t

t

0t1 t2 t3

UdId

I1

I2

t

t

t

t

b. T¶i R-La: T¶i R

p1 p2 p3

UT1 UT1Hính 15



Unv = 2√ 2 U2 (V) - Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:

dv II21

=

- Công suất máy biến áp: Sba = 1,48 Id.Ud Nhận xét: Sơ đồ này chất lượng điện áp tốt hơn so với chỉnh lưu 1/2 chu kỳ nhưng phải chế tạo biến áp trung tính và 2 cuộn dây W1 và W2 giống nhau. III. CHỈNH LƯU CẦU 1 PHA 1/ Sơ đồ mạch lực 2/ Nguyên lý hoạt động Tại nửa chu kỳ đầu, điện áp Anốt của T1 (+), lúc đó Katốt D1 âm (-), nếu có xung điều khiển cho van T1, đồng thời thì các van này sẽ được mở Hình 16 thông để dẫn điện áp lưới lên tải, điện áp tải 1 chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các Thyristor còn dẫn Nửa chu kỳ sau: Điện áp đổi dấu, Anốt của D2(+), lúc này Katốt T2(-), nếu có xung điểu khiển cho van T2, đồng thời thì các van này mở thông, dẫn điện áp lưới lên tải. Với sơ đồ này ta nhận được điện áp và dòng trên tải và van ở dạng sau: 3/ Đồ thị:

T2 T1

D1 D2

R Ld

0 t1 t2 t3

Ud

Id

IT1

IT2

ID1

ID2t

t

t

t

t

t

b.



Hình 17 - Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=2cos1 α

dcd UU (V)

- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục

Ud = Udo. cosα (V) Với Udo = 0,9 U2 - Điện áp ngược mà van phải chịu

Unv = 2√ 2 U2 (V) - Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:

dv II21

=

- Công suất máy biến áp: Sba = 1,48 Id.Ud = Id.Ud

III. SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU ĐIỆN ÁP 3 PHA 1. Sơ đồ mạch điện. 2. Nguyên lý hoạt động Ba pha điện áp a,b,c dịch pha nhau một Góc 1200, theo các đường cong điện áp pha, ta có chênh lệch điện áp của 1 pha dương hơn 2 pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (1200) Nguyên tắc mở thông và điều khiển của van ở đây là khi Anốt của van này dương hơn van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của 2 van giao nhau được coi là góc mở thông tự nhiên. Các thyristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên.

Như vậy ta thấy trong chỉnh lưu 3 pha, góc mở nhỏ nhất α = 00 sẽ dịch pha 1 góc là 300 3/ Đồ thị điện áp và dòng điện

π

2√2

A B C

a b c R

T1 T2 T3 L

Ud

Id

t1 t2 t3 t4t

0



- Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải

Ud = UO . cosα Với Udo = 1,17 U21 U21 : Điện áp pha thứ cấp biến áp - Điện áp ngược pha van phải chịu:

UNV = √ 6 U21 - Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp:

Ihd = Id/√ 3 - Dòng điện qua van là: IV = Id/ 3 - Công suất máy biến áp: S6a = 1,35 UdId Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chất lượng điện áp 1 chiều tốt hơn, biên độ đập mạch thấp hơn và số lần đập mạch trong một chu kỳ nhiều hơn, việc điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn giản. Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng 1 chiều cho nên lõi sắt máy biến áp chóng bị bão hoà

Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao cho co dây trung tính (Υ0) và dây trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha. V. CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA 1/ Sơ đồ mạch điện 2/ Nguyên lý hoạt động Dòng chạy qua tải là dòng chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm

A B C

T2 a b c T1

T4 T3



cần mở Thyristor chúng ta cần cấp 2 xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm Anốt <+>,một xung ở nhóm Katốt <->).

Nhóm Anốt gồm 3 Thyristor T1, T3, T5 tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho điện áp (+).

Nhóm Katốt gồm Thyristor T2, T4, T5 Tạo thành nhóm chỉnh lưu biến áp 3 pha cho điện áp (-). Hình 20 Hai nhóm này ghép lại thành cầu 3 pha điều khiển đối xứng Ví dụ: Tại thời điểm T1 cần mở T1 của pha A phía Anốt, ta cấp xung điểu khiển X1 đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho T4 của pha B phía Katốt. Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuần tự theo đúng thứ tự pha.

X anốt X Katốt

α1 T1 T4

α4 T2 T3

α3 T3 T6

α6 T4 T5

α5 T5 T2

α2 T6 T1

3. Đồ thị điện áp và xung điều khiển

Khi cần xung điều khiển, sẽ có dòng 1 chiều chạy từ pha có điện áp (+) hơn về pha có điện áp thấp hơn. Khi góc mở van nhỏ hoặc tại điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của 1 van ở nhóm này sẽ có hai van ở nhóm kia đỗi chỗ cho nhau.

A B C A

X1

X3

X5

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

Ud

Uf

I1

I3

I5

0



Hình 21 - Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải

Ud = Udo . cosα Với Udo = 2,34 U2 - Điện áp ngược pha van phải chịu:

UNV = √ 6 U2f Với U2f = Ud/ √3 (V) - Giá trị dòng hiệu dụng chạy trong mỗi Thyristor:

Ihd = Id/√ 3 - Dòng điện hiệu dụng của tứ cấp máy biến áp

dII32

2 =

- Công suất máy biến áp: S6a = 1,05 UdId Nhận xét: Hiện nay chỉnh lưu cầu 3 pha là cơ sở để có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt nhất. Nhưng đây cũng là sơ đồ phức tạp nhất.

+ Công suất MBA:

SBA = 1,05 . Id . Ud

* Các sơ đồ chỉnh lưu ở trên dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và phức tạp. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ. VI. TRUYỀN ĐỘNG TIRISTO - ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY.

Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều. - Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ. - Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Trong thực tế các sơ đồ đảo chiều đều thực hiện theo 1 trong 2 nguyên tắc trên và phân ra 5 loại sơ đồ chính:



a. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ.

b. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông φ không đổi)

c. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.

d. Truyền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngược điều khiển chung

u

cl1

cl2

kt

L

U

t

n

n

t

~

kt

L

U

s L

KT



e. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung:

Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ - Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều - Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp - Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiều lớn - Loại d,e: Dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao So với 3 loại trên thì nó đảo chiều êm hơn nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn hơn. Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển có thể chia làm 2 loại chính điều khiển riêng và điều khiển chung

u

kt

u

kt



* Truyền động đảo chiều điều khiển riêng Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 có các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2. Trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá trình hãm và đảo chiều có thể được mô tả bằng đồ thị thời gian.

Trong khoảng thời gian 0 ÷ t1, BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc α1 < 2π

còn bộ BĐ2 khoá. Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLđ, góc điều khiển α1 tăng đột biến đến lớn Rơn π/2, dòng phần ứng giảm dần về 0. Lúc này cắt xung điều khiển để khoá BĐ1, thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện không SI1. Trong khoảng thời gian trên t = t3 – t2 BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t3, đông cơ I vẫn còn dương, tín hiệu logic b2 tính cho FX2 mở ĐB2 với góc α2 > π/2 và sao cho dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống



Trên sơ đồ của khối logic LOG, iLd, i1L, i2L là các tín hiệu logic đầu vào; b1, b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển iLđ = 1 phát xung điều khiển mở BĐ1 Liđ = 0 phát xung điều khiển mở BĐ2 i1L (i2L) = 1 có dòng chạy qua BĐ1 (BĐ2) b1 (b2) = 1 khoá bộ phát xung FX1(FX2) * Truyền động đảo chiều kiểu chung: Hình bên là 1 ví dụ về hệ Tisisto động cơ đảo chiều điều khiển chung, tại 1 thời điểm có cả hai bộ biến đổi đều nhận được xung mở nhưng chỉ có 1 bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lưu, còn bộ biến đổi lưu làm việc ở chế độ đợi.

t

t01 iL® t1

0 t

i

t2

t0

t

i1L

t0i2L

t0b1

1

1

1

t01 b2



Đặc tính điều khiển của BĐ1 là dòng I, đường II là của BĐ2. Giả thiết α1 < π/2; α2 < π/2 sao cho 21 dd EE ≤ thì dòng điện chỉ có thể chảy từ BĐ1 sang động cơ mà không thể chảy từ BĐ1 sang động cơ mà không chảy từ BĐ1 sang BĐ2 được. Để đạt được trạng thái này thì góc điều khiển phải thoả mãn điều kiện: α2 ≥ π - α1 hay β2 ≤α1

Nếu tính góc chuyển mạch μ và góc khoá δ thì giá trị lớn nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lưu phải đợi là αmax = π - (μmax + δ ) Giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh lưu là:

αmin ≥ μ + δ

i

ii

id1 LCB KCB icb

E

L

RB§2

IcbLCBLCBid1

B§1

a bc

Ii i

1

0

-1

1

Ed/Eα o Eα 2

β2

α1

>Eα 1 (α 1)

α2

Π/2

αmin α2max



Nếu chọn 21 dd EE = thì α1 + α2 = π và ta có phương pháp điều khiển chung đối xứng, lúc này dòng điện trong mạch vòng giữa 2 bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng điện trung bình chảy vòng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu:

Icb = 021 =+

cb

dd

REE

Trong đó Rcb là điện trở trong mạch vòng cân bằng Trong thực tế điều khiển, thường dùng phương pháp điều khiển chung không đổi xứng, tức là α2 > π - α1, khi đó 21 dd EE > và không có dòng cân bằng

Trong các phương pháp điều khiển chung, mặc dù đã đảm bảo 2dE ≥ 1E tức là không xuất hiện giá trị trung bình của dòng cân bằng, song giá trị tức thời của sđđ các bộ chỉnh lưu Cd1(t), Cd2(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng. Để hạn chế biên độ dòng cân bằng thường dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb



PHẦN IV: LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC I. LỰA CHỌN SƠ ĐỒ THIẾT KẾ Sau khi phân tích một số sơ đồ chỉnh lưu ở trên, ta nhận thấy sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha là hợp lý hơn cả vì nó cho ta chất lượng điện áp tốt hơn so với tia 3 pha, còn các chỉnh lưu 1 pha không thực hiện được. Để đảo chiều quay của động cơ: ta chọn phương pháp dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Sơ đồ mạch động lực được biểu diễn như hình sau:

II. TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC * Các thông số cơ bản của động cơ

a b c

u

kt

l

t2

t4

t6

t7

t9

t11 t12

t10

t8

t5

t3

t1



Pđm = 2,7 KW, Uđm = 220V, nđm = 1500v/p, Po = 4% Pđm, ηđm = 0,86 Lưới xoay chiều 220/380V – 50Hz + Iđm

Iđm = )(3,1486,0.220

2700.

AU

P

dmdm

dm ==η

+ Rư động cơ

Ta có: P1đm = P0 + Pđm + ΔPưđm

dm

dmPη

= 1,04Pđm + Rd . 2dmI

→ 2dmI . Rư =

dm

dmPη

- 1,04Pđm

= 2700.04,186,0

2700−

2dmI Rư = 331,5

Rư = )(62,1)3,14(5,3315,331

22 Ω==dmI

+ Lư động cơ: Theo công thức Umanxki – Lindvil:

Lư = 49)(049,03,14.1500.2.2

60.220.5,0...2

60..5,0 === HnInPn

U

dmdm

dm (mH)

1/ Tính chọn Thyristor Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản dòng tải, điều kiện toả nhiệt làm việc và các thông số cơ bản của van được tính như sau: * Điện áp ngược lớn nhất mà thyristor phải chịu

u

donvnvn K

UKUKU .2max ==

do ta tính điện áp ngược lớn nhất nên Ud = Udo

→ ( )V

KUKU

u

dnvn 3,230

3220

6.31220.6.max ====

π

π

Với Knv= 6 ; Ku= π63

* Điện áp ngược mà van cần chọn:



Unv = KdtU.Unmax = 1,8 . 230,3 = 414,54 (V) Lấy bằng 415 (V)

Với KdtU : Hệ số dự trữ điện áp (1,6÷2) Chọn KdtU = 1,8.

* Dòng điện làm việc của van được tính theo công thức: Ilv = Ihd = Khd.Id Trong đó:

3

1=hdK

Id: Dòng điện làm việc tải

3,14== udmd II (A)

→ 25,833,14

3==== d

hdhI

II (A)

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt không có quạt đối lưu không khí.

→ Iđmvan = KI.Ih = 3,2 . 14,3 = 26,4 (A)

KI: Hệ số dự trữ dòng điện KI (3÷4) Chọn K I = 3,2

Từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn T46N600COC có các thông số: Điện áp ngược van Unv = 500 (V) Dòng điện ngược van Iđmv = 46 (A) Đỉnh xung dòng điện Ipik = 1000 (A) Dòng điện xung điều khiển Ig = 0,15 (A) Điện áp xung điều khiển Ug = 2,5 (V) Dòng điện tự ngẫu Ih = 0,2 (A) Dòng điện dò Ir = 0,01 (A)

Sụt áp trên thyristor ở trạng thái dẫn ΔU = 1,9 (V)

Tốc độ biến thiên điện áp 400=dt

dU (v/s)

Thời gian chuyển mạch Tcm = 60 μs Nhiệt độ lên van cực đại Tmax =125 0 C III - TÍNH TOÁN MÁY BIẾN ÁP CHỈNH LƯU.



a/ Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ có sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự nhiên. b/ Tính các thông số cơ bản: 1. Công suất biểu kiến của máy biến áp:

330086,0

2700.05,1 ====ηPKPKS sds (A)

2. Điện áp pha sơ cấp Máy biến áp: Uf = 380 (V) 3. Điện áp pha thứ cấp máy biến áp: Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

Udo. cosαmin = Ud + 2ΔUv + ΔUv + ΔUdn + ΔUba

Trong đó:

αmin = 100 Góc sụt áp khi có sự suy giảm điện áp lưới

ΔUv = 1,9 (V) Sụt áp trên thyristor

ΔUdn ≈ 0 Sụt áp trên dây nối

ΔUba=ΔU1+ΔUx Sụt áp trên điện trở và điện trở kháng máy biến áp. Chọn sơ bộ:

ΔUba = 6% Ud = 6%. 220 = 13.2 (V) Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:

)(65,240

10cos2,1309,1.2220

cos2

0

min

VU

UUUUU

do

badnvddo

=+++

=

Δ+Δ+Δ+=

α

Điện áp thứ cấp máy biến áp:

)(10383,10263

65,2402 V

KU

Uu

do ≈===

π

4. Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp:

)(675,113,1432

32

2 AII d ===

5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp:



)(16,3675,11.380103. 2

1

221 AI

UU

IKI ba ====

* Tính toán sơ bộ mạch từ 6. Tiết diện sơ bộ trụ:

mfSKQ ba

QFe .=

Trong đó: KQ: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát Lấy KQ=6 m: Số trụ máy biến áp Lấy m =3 f : Tần số nguồn xoay chiều Lấy f=50Hz

→ 14,2850.3

3300.6 ==FeQ (cm2)

7. Đường kính trụ:

)(0,614,3

14,28.44cm

Qd Fe ===

π

Chuẩn đường kính d = 6,0 (cm)

8. Chọn loại thép ∃330 có độ dày 0,5 mm: Chọn sơ bộ mặt độ từ thông BT = 1 (T) 9. Chọn tỷ số

3,2==dhm → h = 2,3 d =2,3. 6 = 13,8 (cm)

Thông thường m = (2÷2,5) Chọn chiều cao trụ: h = 14 (cm) * Tính toán dây quấn: 10. Số vòng dây quấn môi pha sơ cấp máy biến áp:

60810.14,28.50.44,4

380...44,4 4

11 ===

−TFe BQf

UW

(vòng)

Lấy W1 = 608 (vòng) 11. Số vòng dây mỗi pha thứ cấp máy biến áp:

8,164608.380103. 1

1

22 === W

UU

W (vòng)



Lấy W2 = 165 (vòng) 12. Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp: Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2) 13. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp:

15,175,216,3

1

11 ===

SI

S (mm2)

Chọn dây dẫn tiết diện tròn cấp cách điện B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn S1 = 1,2272 (mm2) Kích thước dây dẫn kể cả cách điện d = 1,35 (mm) 14. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:

57,22272,1

16,3

1

11 ===

SI

J (A/mm2)

15. Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp:

24,475,2675,11

2

22 ===

JI

S (mm2)

Chọn tiết diện dây dẫn hình chữ nhật cấp cách điện B Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S2 = 4,55 (mm2) Kích thước dây dẫn có kể cả chất cách điện (1,81x2,63) mm x m 16. Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

56,255,4675,11

2

22 ===

SI

J (A/mm2)

* Kết cấu dây quấn sơ cấp: Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục: 17. Tính sơ bộ số vòng dây trên 1 lớp của cuộn sơ cấp:

7795,0.135,0

5,1.214.2

111 =

−=

−= c

g kb

hhW (vòng)

với: h: Chiều cao trụ kc = 0,95 Hằng số ép chặt hg là khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông là 1,5 cm



18. Tính sơ bộ số lớp dây quấn ở cuộn sơ cấp:

8,777608

11

111 ===

WW

n (lớp)

Chọn số lớp là 8 lớp Như vậy có 608 (vòng) chia thành 8 lớp, chọn mỗi lớp có 76 vòng

19. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:

8,1095,0135,0.76. 111

1 ===cKbW

h (cm)

20. Chọn ống dây quấn làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy S01 = 0,1 cm. 21. Khoảng cách từ trụ đến cuộn sơ cấp a01 = 1,0 (cm) 22. Đường kính trong của ống cách điện Dt = dFe + 2.a01 - 2.S01 = 6 + 2.1 - 2.0,1 = 7,8 (cm) 23. Đường kính trong của cuộn sơ cấp: Dt1 = Dt + 2.S01 = 7,8 +2.0,1 = 8 (cm) 24. Chọn bề dầy giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp cd11 = 0,1 (mm) 25. Bề dầy cuộn sơ cấp: Bd1 = (a1 + cd11). n11 = (1,35 + 0,1).10-1.7 = 1,015 (cm) 26. Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp: Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 8 + 2.1,015 = 10,03 (cm) 27. Đường kính trung bình cuộn sơ cấp:

015,92

03,1082

11 =+

=+

= nttb

DDD (cm)

28. Chiều dài dây cuốn sơ cấp:

L1 = W1.n.Dtb = π.608.9,015 = 172,1 (m) 29. Chọn bề dày giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp a12 = 1,0 (cm) 30. Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp: h2 = h1 = 10,8 (cm) 31. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp



3995,0.263,0

8,10.2

212 === ck

bh

W (vòng)

32. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp

23,439

165

12

212 ===

WW

n

Chọn số lớp dây quấn thứ cấp n12 = 5 (lớp), 5 lớp mỗi lớp có 33 vòng. 33. Chiều cao thực tế cuộn thứ cấp:

8,10263,0.95,0

39. 212

2 === bKW

hc

(cm)

34. Đường kính trong cuộn thứ cấp Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 10,03 + 2.1 = 12,03 (cm) 35. Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp cd22 = 0,1 (cm) 36. Bề dày cuộn thứ cấp Bd2 = (a2 + cd22) n12 = (1,81 + 0,1).10-1.5 = 0,955 (cm) 37. Đường kính ngoài cuộn thứ cấp Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 12,03 + 2. 0,955 = 13,94 (cm) 38. Đường kính trung bình cuộn thứ cấp

985,122

94,1303,122

222 =

+=

+= nt

tbDD

D (cm)

39. Chiều dài dây quấn thứ cấp L2 = n.W2.Dtb2 = n . 165 . 12,985 = 67,27 (cm) 40. Đường kính trung bình các cuộn dây:

97.102

94,1382

2112 =

+=

+= nt DD

D (cm)

→ 485,5212

12 ==D

r (cm)

Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp a22 = 2 (cm) * Tính toán kích thước mạch từ: Với đường kính trụ a = 6,5 cm, ta có số bậc là 3 trong tiết diện trụ (sách thiết kế máy biến áp)

1

2 3



41. Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: Qtb = 2 (1,2.5,5 + 0,8.4,5 + 0,5.3) = 23,4 (cm2) 42. Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = Khq . Qtb = 0,95 . 23,4 = 22,23 (cm2) 43. Tổng chiều dài các bậc thang của trụ dt = 2(1,2 + 0,8 + 0,5) = 5,0 (cm) 44. Số lá thép dùng trong các bậc:

Bậc 1: 482.5,0

121 ==n (lá thép)

Bậc 2: 322.5,0

82 ==n (lá thép)

Bậc 3: 202.5,0

53 ==n (lá thép)

Để đơn giản trong chế tạo gông ta chọn gông có tiết diện hình chữ nhật: - Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ: b = dt = 5,0 cm

- Chiều cao của gông bằng chiều rộng lớp lá thép thứ nhất của trụ a = 5,5 (cm)

→ Tiết diện gông: Qbg = a.b = 5.5,5 = 27,5 (cm2) 45. Tiết diện hiệu quả của gông Qg = Kng . Qbg = 0,95 . 27,5 = 26,125 (cm2)

46. Số lá thép trong 1 gông

1005,0

505,0

===bhg (lá thép)

47. Tính chính xác mật độ từ cảm trong 1 trụ

27,110.23,22.608.50.44,4

380...44,4 4

1

1 ===−

TT QWf

UB (T)

48. Mật độ từ cảm trong gông



08,127,1.125,2623,22. ===

g

TTg Q

QBB (T)

49. Chiều rộng cửa sổ C = 2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22 = 2.(1 + 1,015 + 1 + 0,955) + 2 = 9,94 (cm) 50. Khoảng cách giữa 2 tâm trục: c’ = c + d = 9,94 + 6 = 15,94 (cm) 51. Chiều rộng mạch từ: L = 2.c + 3.d = 2 . 9,94 + 3 . 6 = 37,88 (cm) 52. Chiều cao mạch từ: H = h + 2a = 14 + 2 . 5,5 = 25 (cm)

10,8

14

25

13,9

4 12

,03

10,0

3 8 6

9,94

18,9

4 37

,88

2

1

5,5



* Tính khối lượng của sắt và đồng 53. Thể tích trụ VT = 3. QT . h = 3. 22,23 . 14= 933,66 (cm3) 54. Thể tích gông Vg = 2. Qg.L = 2 . 26,125 . 37,88 = 1979,23 (cm3) 55. Khối lượng của trụ MT = VT . mFe = 933,66.10-3 . 7,85 = 7,332 (kg) Với mFe = 7,85 (kg/cm3) : Khối lượng riêng của sắt 56. Khối lượng của gông Mg = Vg . mFe = 1979.10-3 . 7,85 = 15,5 (kg) 57. Khối lượng của sắt MFe = MT + Mg = 7,332 + 15,5 = 22,832 (kg) 58. Thể tích của đồng VCu = 3. (S1 . L1 + S2 . L2) = 3. (1,2272.10-4 . 172,1.10 + 4,55.10-4 . 67,27.10) VCu = 1,55 (dm3) 59. Khối lượng của đồng MCu = VCu.mCu = 1,55 . 8,9 = 13,795 (kg) Với mCu = 8,9 (kg): Khối lượng tiêng của đồng. * Tính các thông số của máy biến áp 60. Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750 C

( )Ω=== 32272,1

1,172.02133,01

1751 0

SL

R ρ

Với 075ρ =0,02133 (Ωmm2-/m)

61. Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở nhiệt độ 750 C

( )Ω=== 315,031,546,63.02133,0

2

2752 0

SL

R ρ

62. Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp

Sơ đồ kết cấu máy biến áp



( )Ω=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+= 536,0

608165.3315,0

22

1

212 ωω

RRRba

63. Sụt áp trên điện trở máy biến áp

ΔUr = Rba . Id = 0,536 . 14,3 = 7,665 (V) 64. Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp

( ) 72112

22

2 10..3

....8 −⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= πωπ dd

qd

dBA

BBa

hr

X

( ) 7222

2 10.314.10.3

955,0615,101,0.8,10

15,6.165..8 −− ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛= πBAX

)(62,0 Ω=BAX

65. Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp:

)(001974,0314

HX

L BABA == → LBA = 1,974 (mH)

66. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp

)(5,83,14.62,03.3 VIXU dBAX ===Δππ

)(59,03Ω== BAdt XR

π

67. Sụt áp trên máy biến áp

)(4,115,8665,7 2222 VUUU Xrba =+=Δ+Δ=Δ

68. Điện áp trên động cơ khi góc mở αmin = 100

U = Udo . cosαmin - 2.ΔUv - ΔUBA

U = 240,65. cos100 - 2 . 1,9 - 10 U = 223,2 (V) 69. Tổng trở ngắn mạch quy đổi thứ cấp máy biến áp

)(82,062,0536,0 2222 Ω=+=+= BABABA XRZ

70. Tổn hao ngắn mạch trong máy biến áp



)(18,219)675,11.(536,0.3.3 222 NIRBAn ===ΔΡ

%64,6100.3300

18,219100.% ==Δ

=ΔΡSPn

n

71. Tổn hao không tải kể đến 15% tiêu hao phụ

)(7,44])08,1(5,15)27,1(332,7[.3,1)]()(.[.3,1 22220 WnBMBMnP fggTTf =+=+=

%35,13300

7,44100.% 00 ===Δ

SP

P

72. Điện áp ngắn mạch tác dụng

%6103

675,11.536,0100..

2

2 ===U

IRU BA

nn

73. Điện áp ngắn mạch phản kháng

%7103

675,11.62,0100..

2

2 ===U

IXU BA

nX

74. Điện áp ngắn mạch

2,976 2222 =+=+= nXñnn UUU (V)

75. Dòng điện ngắn mạch x.ác lập

6,12582,6

10322 ===

BAn Z

UI (A)

76. Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu

%33,95100.3300

675,11.220100..

===S

IU ddη

* Tính toán thiết kế cuộn kháng lọc Xác định góc mở max

Chọn góc mở cực tiểu αmin = 100. Góc mở cực tiểu là dự trữ để có thể bù trừ được sự giảm điện áp lưới.

- Khi góc mở nhỏ nhất α = αmin thì điện áp trên tải là lớn nhất

Udmax = Udo . cosαmin = Udđm Và tương đương với tốc độ động cơ lớn nhất.

- Khi góc mở lớn nhất α = αmax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất

Udmin = Udo . cosαmax Và tương đương với tốc độ động cơ nhỏ nhất.



→ Ta có:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡==

2

minminmax .34,2

arccoscosU

UU

Uar d

do

dα (1)

Trong đó: Udmin được xác định như sau

∑

∑

−−

==Uudmd

Uudmddm

RIURIU

nn

D..

minmin

max

→ [ ])min2 ().1(cos..34,21dtBAuudmdmm RRRIDU

DU ++−+= α

[ ])39,0356,062,1(5,17).11000(10cos.103.34,21000

1 0 ++−+=dmmU

)(46,39 VUdmm =

Thay vào PT (1) ta có:

0min

max 6,80103.34,246,39arccosarccos ===

do

d

UU

α

Ta có công thức tính điện cảm của cuộn kháng lọc LCKL = L - Lư - LBA

Trong đó: LCKL: Điện cảm cuộn kháng lọc cần mắc thêm L : Điện cảm cần thiết để lọc thành phần sóng hài dòng điện với I*

1% < 10% Lư : Điện cảm động cơ LBA: Điện cảm biến áp

Ta có: dm

m

IfmKU

L.1,0.....2

1

π≥

Với: max222

22max

1 ..1.1.

cos..2α

αtgmK

mKU

U dom +

−=

022

2

0

1 6,80.61.16

6,80cos.103.34,2.2 tgU m +−

=

Uđm = 81,55 (V)

→ )(30)(03027,03,14.1,0..50.6.2

55,81 mHHL ≈=≥π



Điện cảm phần cảm ứng có Lư + LBA = 49 + 1,974 = 50,974

→ LCKL = L - [Lư + LBA] = 30 – [50,974] = - 20,974 (mH) Vì điện cảm của phần ứng đủ lớn không cần phải thiết kế cuộn kháng lọc

dòng điện đập mạch.

TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC 1/ Sơ đồ mạch

động lực có các thiết bị bảo vệ (theo chiều thuận) Động cơ khi chạy ngược : thiết bị bảo vệ tương tự như trên 2/ Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn:

Khi làm việc với dòng điện, có dòng chạy qua van bán dẫn → sụt áp trên van, do đó có tổng hao công suất ΔP, tổn hao này sinh ra do nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới một nhiệt độ cho phép TCP nào đó. Nếu quá nhiệt độ cho phép van bán dẫn sẽ bị phá huỷ. Để van làm việc an

3CC

Ư 3CC

R C R C

2CC T2

2CC T4

2CC T6

R C

R C

R C

R C

T1 2CC

T3 2CC

T5 2CC

1CC 1CC 1CC

a b c

A B C

CD

AP

ĐC L

R2 C2

R2 C2 R2 C2



toàn, không bị chọc thủng về nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý. + Tổn thất công suất trên 1 Thyristor

ΔP = ΔU. Ilv = 1,9 . 8,25 = 15,675 (W)

Do ΔP < 20 (W) nhưng Ilv > 10% Iđm

→ không dùng cách toả nhiệt bằng vỏ van bán dẫn được

→ Làm mát bằng cách gắn van bán dẫn lên cánh toả nhiệt với ΔP < 100W Ilv < 40%Iđm

+ Diện tích bề mặt toả nhiệt

Sm = ΔP/km . T

Trong đó: ΔP : Tổn hao công suất (W) T : Độ chênh lệch so với mối trường Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C, nhiệt độ làm việc cho phép của thyristor Tcp = 1250C. Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv = 800C T = Tlv - Tmt = 400C Km : Hệ số toả nhiệt bằng đới lưu và bức xạ. Chọn km = 8(w/m2)

→ )(049,040.8675,15 2mSm == = 120(cm2)

Chọn loại cánh toả nhiệt có 5 cánh, kích thước mỗi cánh a x b = 10 x 10 (cm x cm) Tổng diện tích toả nhiệt của cánh S = 5 x 10 x10 = 500 (cm2) 3/ Bảo vệ quá dòng điện cho van: Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực. Tự động đóng mạch khi quá tải về và ngắn mạch thyristor , ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ chỉnh lưu Chọn Aptomat có

Iđm = 1,1 . Ihd = 1,1 . 8,25 = 9,075 (A) ≈ 10 (A) Uđm = 220V Có 3 tác dụng chính, có thể dùng aptomat bằng tay hoặc bằng nam châm điện. Chỉnh dòng ngắn mạch Inm = 2,5.Ihd = 20,625 (A)

Dòng quá tải Iqt = 1,5 . Ihd = 12,375 (A) ≈ 12,4 (A) Chọn cầu dao có dòng định mức

Iđm = 1,1.√3 , Id1 = 1,1 .√3 . 11,675 = 22,24 (A) Cầu dao dùng để tạo an toàn khi sửa chữa hệ thống truyền động



a b c

1CC 1CC 1CC

R2 C2 R2 C2

R2 C2

+ Dòng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các thyristor , ngắn mạch đầu ra bộ chỉnh lưu

Nhóm 1CC : dòng điện định mức dây cháy I1CC = 1,1 . I2 = 1,1 . 11,675 = 12,8425 (A) Nhóm 2CC : dòng điện định mức dây cháy I2CC = 1,1 . Ihd = 1,1 . 8,25 = 9,075 (A) Nhóm 3CC : dòng điện định mức dây cháy I3CC = 1,1 . Id = 1,1 . 14, 3 = 15,73 (A) Vậy chọn cầu cháy nhóm 1CC loại 15 (A) 2CC loại 10 (A) 3CC loại 20 (A) 4/ Bảo vệ quá điện áp cho van: Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt thyristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với thyristor . Khi có sự chuyển mạch các điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài → tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa Anốt và Katốt của Thyristor. Khi có mạch R-C mắc song song với Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch điện nên thyristor không bị quá áp.

Theo kinh nghiệm R1 = (5÷30)Ω, C1 = (0,25 ÷ 4) μF Chọn theo các tài liệu (4) R1 = 5,1 Ω C1 = 0,25μF

Bảo vệ xung điện áp từ lưới mắc mạch R-C như sau:

R1 C1



Nhờ mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm hoàn toàn lại trên điện trở đường dây.

Trị số R-C được chọn theo tài liệu số (4) R2 = 12,5 Ω

C2 = 4 μF CHƯƠNG V - THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH LƯU THYRISTOR VÒNG HỞ I. NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN Điều chỉnh thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện này thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Nguyên tắc này có thể mô tả như sau: Khi điện áp xoay chiều hinh sin đặt vào Anốt của thyristor, để có thể điểu khiển được góc mở α của thyristor trong vùng điện áp (+) của Anốt, ta cần tạo 1

T



điện áp tựa dạng tam giác, ta thường gọi điện áp tựa là điện áp răng cưa - Urc -. Như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp (+) của Anốt. Dùng một điện áp 1 chiều Uđk so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm điện áp tựa bằng điện áp điều khiển (trong vùng điện áp (+) của Anốt) thì phát xung điều khiển Xđk. Thyristor được mở từ thời điểm có xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ ( α cho tới khi dòng điện bằng 0 ).

Hình 24 Để thực hiện được ý đồ điều chỉnh như đã nói trên mạch điều khiển sẽ gồm ba khâu cơ bản: - Đồng pha - So sánh và tạo xung - Khuyếch đại xung II. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN Hình 25 Mỗi khâu sẽ có một nhiệm vụ riêng: * Khâu đồng pha:

Có nhiệm vụ tạo điện áp tựa cho Urc trùng pha với điện áp Anốt của thyristor * Khâu so sánh và tạo xung: Có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển Uđk, tìm thời điểm 2 điện áp này bằng nhau thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuyếch đại.

n 2n 3n 4n

Urc

Udt U

Uđk

Ud

Xđk

t t t t

So sánh và Tạo xung

Khuyếch đại Xung

Đồng pha



Yêu cầu với phần tạo xung là : Sườn trước dốc thẳng đứng, để đảm bảo yêu cầu thyristor mở tức thời khi có xung điều khiển. * Khâu khuyếch đại xung: Khuyếch đại xung điều khiển để đảm bảo yêu cầu thyristor mở tức thời, đủ độ rộng với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của thyristor, đủ công suất, cách ly giữa mạch điều khiển. III - THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Theo nhiệm vụ của các khâu như đã nêu trên, chúng ta sẽ tiến hành thiết kế các khâu cơ bản của ba khối trên 1. Khâu đồng pha Một số khâu đồng pha điển hình thường gặp a/ Khâu đồng pha dùng điốt và tụ Đây là sơ đồ đơn giản, dễ thực hiện, với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt. Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áo tựa không phủ hết 1800. Do vậy góc mở van lớn nhất bị giới hạn. Hình 26 b/ Khâu đồng pha dùng Tranzitor và tụ Hình 27 Với sơ đồ này điện áp tựa Urc có thể phủ hết được nửa chu kỳ điện áp. Do đó việc điểu khiển điện áp từ 0 ÷ max là hoàn toàn đáp ứng được. c/ Khâu đồng pha dùng bộ ghép quang Hình 28 Sơ đồ này cũng cho chất lượng điện áp tựa và nguyên lý giống sơ đồ dùng Tranzitor nhưng ưu điểm không cần biến áp đông pha do đó đơn giản trong chế tạo và lắp đặt. d/ Khâu đồng pha dùng khuyếch đại thuật toán

UV D C UR

R1 Ghép quang

-E R2

U1 U2 D Tr C UR

A R1 B

-E R2

UV U2 D1 C1 UR

A R1 B D1 C

-E R2



Hình 29 Sơ đồ ngày có thể cho ta chất lượng điện áp tốt, hơn nữa kích thước gọn, được chế tạo nhiều trong thực tế. * Nhận xét: Qua các sơ đồ trên chúng ta thấy: Với sơ đồ H26, H27 có chung nhược điểm là việc mở, khoá các Tranzitor trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác làm cho việc nạp xả tụ trong vùng điện áp lưới gần 0 không được như mong muốn. Do yêu cầu về điều khiển chính xác và do những yếu tố khác như kích thước, hiện đại chất lượng → chúng ta chọn khâu đồng pha dùng khuyếch đại thuật toán như sơ đồ H28

2. Khâu so sánh và tạo xung a/ Sơ đồ Tranzitor Nguyên lý làm việc của sơ đồ này có thể mô tả như sau: Tại thời điểm Uđk = Urc, đầu vào Tranzitor lật trạng thái từ khoá sang mở (hay ngược lại từ mở sang khoá) làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái. Tại đó chúng ta đánh dấu được thời điểm cần mở thyristor

Mức độ bão hoà của Tranzitor phụ thuộc vào hiệu Uđk ± Urc = Ub. Hiệu này có một điện áp nhỏ cỡ hàng mV làm Tranzitor không làm việc ở chế độ đóng cắt như ta mong muốn, do đó nhiều khi làm thời điểm thyristor bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Uđk = Urc. b/ Sơ đồ dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ 2 cổng vào Sơ đồ cộng 1 cổng đảo của KĐTT

Hình 31 Khuếch đại thuật toán có hệ số vô cùng lớn, chỉ cần có 1 tín hiệu rất nhỏ (cỡ μV) ở đầu vào, đẩu ra đã có điện áp nguồn nuôi, nên việc ứng dụng khuếch đại thuật toán làm khâu so sánh là hợp lý. Các sơ đồ này thường gặp trong các sơ đồ

UV U2 A1

R2 Tr

R1

D1 R3 UR

A2

C1

Urc R1 Uđk R2

Urc R1 Uđk R2 A3

A3

UR

Urc R1 Tr Uđk R2 UR

-E R3

Hình 30



mạch hiện nay. Ưu điểm hơn hẳn so với các sơ đồ trên là có thể phát xung điều khiển chính xác tại Uđk = Urc * Nhận xét Để đáp ứng việc mở chính xác các thyristor trong sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta chọn khâu so sánh dùng khuếch đại thuật toán với sơ đồ - cộng 1 cổng đảo của khuếch đại thuật toán. 3. Khâu khuếch đại xung Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở thyristor tâng khuyếch đại cuối cùng thường được thay thế bằng Tranzitor công suất. a/ Sơ đồ Tranzitor công suất Để có xung dạng kim gửi tới thyristor ta dùng biến áp xung, để có thể khuyếch đại công suất ta dùng Tranzitor, đi ốt bảo vệ tranzitor và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi tranzitor khoá đột ngột. Sơ đồ này có ưu điểm đơn giản nhưng không được ứng dụng rộng rãi, bởi vì hệ số khuyếch đại của Tranzitor loại này nhiều khi không đủ lớn để khuyếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang. b/ Sơ đồ Darrlington:

Sơ đồ này thường được dùng trong thực tế, nó hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu về khuyếch đại công suất khi hệ số khuyếch đại được nhân lên theo thông số của các Tranzitor.

c/ Sơ đồ có tụ nối tầng: Sơ đồ này được tạo ra vì trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng cỡ khoảng (10÷200) μs. Mà thời gian mở thông các tranzitor công suất dài, làm cho công suất toả nhiệt dư của Tranzitor quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn. Để giảm

UV

R Tr

BAX

+E

D

Hình 32

BAX

+E

D

R Tr1

UV

Tr2

Hình 33

BAX

+E

D

C R Tr1

UV

Tr2

Hình 34

D



nhỏ công suất toả nhiệt Tranzitor và kích thước dây sơ cấp BAX chúng ta dùng thêm tụ nối tầng như hình bên. Theo sơ đồ này tranzitor chỉ mở trong khoảng thời gian nạp tụ, nên đường hình dạng của chúng bé hơn nhiều * Nhận xét: Qua các sơ đồ trên ta thấy dùng sơ đồ Darlington là thích hợp hơn cả. Để giảm công suất cho tầng khuyếch đại và tăng số lượng xung kích mở nhằm đảm bảo thyristor mở 1 cách chắc chắn người ta hay phát xung chùm cho các thyristor. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khuyếch đại, ta đưa chèn thêm 1 cổng và với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và bộ phát xung chuẩn. Sơ đồ phối hợp tạo xung

Hình 35 4. Một số sơ đồ tạo xung chuẩn a/ Sơ đồ vi mạch 555 Vi mạch 555 tạo xung đồng hồ cho ta chất lượng điện áp xung khá tốt và sơ đồ cũng tương đối đơn giản, sơ đồ này rất hay gặp. Trong thiết kế mạch điều khiển, thường hay sử dụng khuyếch đại thuật toán . Do đó có thể đồng dạng về linh kiện. Khâu tạo xung chùm cũng có thể dùng khuyếch đại thuật toán như các sơ đồ trên b/ Dao động đa hài bằng khuyếch đại thuật toán Hình 37

&

Từ so sánh Từ chùm xung

Tới tầng khuyếch đại

555

R1 8 4

R2 6 5

7 3 URa

C1 2 1 C2

+U

Hình 36

R3

A

C R2

R1



c/ Tạo bằng mạch khuyếch đại thuật toán Hình 38 Ba sơ đồ trên , sơ đồ dao động đa hài (H36) có ưu điểm hơn về mức độ đơn giản → được sử dụng khá rộng rãi trong các mạch tạo xung chữ nhật. Như vậy, sau khi đã phân tích đánh giá 1 số sơ đồ điển hình ta sẽ có 1 mạch điều khiển hoàn chỉnh với: - Khâu đồng pha: Chọn sơ đồ dùng khuyếch đại thuật toán - Khâu so sánh và tạo xung:Chọn sơ đồ cộng 1 cổng đảo của khuyếch đại thuật toán - Khâu khuyếch đại xung: Chọn sơ đồ Darrlington - Khâu tạo xung chùm: Chọn sơ đồ dao động đa hài bằng khuyếch đại thuật toán

Hình 39: Mạch điều khiển tạo chùm xung điều khiển

R1 R2 C

R3A1 A2

+

-

-

+

n 2n 3n 4n

U

UB

UA

t

UV Uđf1

A R2

B D3 R4

R3 T1

C

C1

Uđk

R5

D

E

FA1 A2

A3

A4

+

-

-

+

-

+

-

+

AND

+15V



Hình 34: Giản đồ các đường cong mạch điều khiển Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển Điện áp vào UA có dạng hình sin, trùng pha với điện áp Anốt của Thyristor, qua khuyếch đại thuật toán A1 cho ta chuỗi xung chữ nhật đối xứng UB. Phần điện áp dương của UB qua D3 tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc. Điện áp âm làm mở thông Thyristor T1, kết quả là A2 bị ngắn mạch (Urc = 0) trong vùng UB âm. Trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp răng cưa của Urc gián đoạn. Điện áp Urc được so sánh với điện áp điều khiển Uđk tại đầu vào của khuyếch đại thuật toán A3. Tổng đại số Urc + Uth quyết định dấu điện áp đầu ra của khuyếch đại thuật toán A3.

Trong khoảng thời gian 0 ÷t1 với Uđk > Urc → điện áp UD là điện áp âm. Trong khoảng t1 ÷ t2, điện áp Uđk < Urc , làm cho UD lật lên dương ....... Mạch dao động đa hài tạo chuỗi xung A4 cho ta chuỗi xung tần số cao, với điện áp UE.



Hai tín hiệu UD và UE cùng được đưa tới khâu AND hai cổng vào. Khi đồng thời có cả hai tín hiệu (+) UD, UE chúng ta sẽ có xung ra UF làm mở thông các Tranzitor T2, T3 → Kết quả là chúng ta sẽ có chuỗi xung nhọn Xđk trên biến áp xung để đưa tới mở T. Tính chọn mạch điều khiển: Mạch điện lực xuất phát từ những yêu cầu sau đây T46 N60COC Un = 500 (V) Iđmv = 45 (A) Ipik = 1000 (A) Ig = 0,15 (A) Ug = 2,5 (V) IR = 0,2 (A) Ir = 0,01 (A)

ΔU = 1,9 (V) Tmax= 1250C

Tx = 126 (μs) tx = 4 (KHz)

Độ mất đối xứng cho phép Δα = 40

Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển U = ± 12V Mức độ xụt biên độ xung Sx = 0,25 * Tính biến áp xung

− Chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng xuyến, làm việc trên 1 phần của điện tính từ hoá có ΔB = 0,3(T) , ΔH = 30(A/m) và không có khe hở không khí

− Tỷ số biến áp xung: m = 2÷3 Ta chọn m = 3

− Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U2 = Uđk = 2,5 (V)

− Điện áp đặt trên cuộn sơ cấp máy biến áp U1= m.U2 = 3. 2,5 = 7,5 (V)

− Dòng điện thứ cấp máy biến áp: I2 = Iđk = 0,15 (A)

− Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = I2/m = 0,15/3 = 0,05 (A)

− Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt

μTB = ΔB/(μ0.ΔH)=0,3/(1,25.10-3) = 8.103 (H/M)

Trong đó μ0 = 1,25 . 10-6 (H/M): Là độ từ thẩm của không khí

− Thể tích của lõi thép cần có:

V = Q.L = (μTB . μ0 . tx.Sx.U1.I1)/ΔB 2

V = (8.103 . 1,25.10-6 . 126.10-6 . 0,2 . 7,5 . 0,05)/ 0,32 V = 1,05.10-6 (m3) = 1,05 (cm3)

( )svdtd

tcm

U /400=



Chọn mạch có thể tích V = 1,64 (cm3), với thể tích đó ta có kích thước mạch từ như sau: a = 4 (mm) b = 5 (mm)

d = 22 (mm) D = 30 (mm) Q = 0,2 (cm2) L = 8,2 (cm)

− Số vòng dây quấn sơ cấp máy biến áp

Theo định luật cảm ứng điện từ U1 = W1 . Q . dB/dt = W1 . Q . ΔB/tx

→ 158..1

1 =Δ

=QBtUW x (vòng)

− Số vòng dây quấn thứ cấp máy biến áp W2 = W1/m = 158/3 = 53 (vòng)

− Tiết diện dây quấn sơ cấp S1 = I1/J1 = 0,05/6 = 0,0083 (mm2) Chọn mật độ dòng điện J1 = 6 (A/mm2)

− Đường kính dây quấn sơ cấp

1,04 11 ==

πSd (mm) Chọn d1 = 0,1 (mm)

− Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 = I2/J2 = 0,15 / 4 = 0,0375 (mm2)

Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 (A/mm2)

− Đường kính dây quấn thứ cấp

218,0.4 22 ==

πSd (mm)

Chọn dây quấn có đường kính d2 = 0,22 (mm)

− Kiểm tra hệ số lấp đầy

a

b

dD



01,0

422.

53.0375,0158.0083,0

4.

..22

2211 =+

=+

=ππ d

WSWSKld

Như vậy cửa sổ đủ diện tích cần thiết. * Tính tầng khuyếch đại cuối cùng Chọn tranzistor công suất loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số: Tranzitor loại npn - vật liệu bán dẫn Si Điện áp giữa Colecto và bazơ khi hở mạch Emitor: UCBO = 40 (V) Điện áp giữa Emintor và bazơ khi hở mạch Colector: UEBO = 4 (V) Dòng điện lớn nhất ở Colector có thể chịu được Icmax = 500 (mA) Công suất tiêu tán ở Colector PC = 1,7 (W) Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp T1 = 1750C

Hệ số khuyếch đại β = 50 Dòng làm việc của colector IC3=I1= 0,05 (A)

Dòng làm việc của Bazơ: IB3 = IC3 / β = 0,05/50 = 0,001 (mA) Ta nhận thấy với loại Thyristor đã chọn có công suất điều khiển khá bé Uđk = 2,5 (V) , Iđk = 0,15 (A). Nên dòng colector - bazơ của tranzitor IC3 khá bé, trong trường hợp này ta có thể không cần Tranzitor I2 mà vẫn đủ công suất điều khiển Tranzitor. Chọn nguồn cấp cho biến áp xung E = +12V Mắc thêm R10 nối tiếp với cực Emintor của Ir3

R10 = (E - U1)/ I1 = 90 (Ω) Tất cả các điốt trong mạch điều khiển đều cùng loại 1N4009 có tham số: Dòng điện định mức Iđm = 10 (A) Điện áp ngược lớn nhất UN = 25 (V) Điện áp để cho điốt mở thông Um = 1 (V) * Chọn cổng AND Toàn bộ mạch phải dùng 6 cổng AND nên ta chọn 2 IC 4081 tạo cho mỗi IC cso 4 cổng AND với các thông số:

Nguồn nuôi IC VCC = 3÷9 (V) Chọn VCC = 12 (V)

Nhiệt độ làm việc - 400C ÷ 800C

Điện áp ứng với các mức logic “1”: 2 ÷ 4,5 (V) Dòng điện nhỏ hơn 1 mA



Công suất tiêu thụ P = 2,5 (nW/1 công) Hình : Sơ đồ chân IC 4081 * Chọn Rg; Điện trở Rg dùng để hạn chế dòng điện đưa vào bazơ của tranzitor Tr3, chọn Rg thoả mãn điều kiện

Rg ≥U/Ir3 = 4,459 (KΩ) Chọn Rg = 4,5 (KΩ) * Tính chọn bộ tạo xung chùm và khuyếch đại thuật toán Mỗi kênh điều khiển phải dùng 3 khuyếch đại thuật toán, do đó ta chọn 5 IC loại TL084 do hãng Texas Ins truments chế tạo, mỗi IC này có 4 khuyếch đại thuật toán. Thông số của TL 084

Điện áp nguồn nuôi: VCC = ±18 (V) chọn VCC = ±12 (V)

Hiệu điện thế giữa hai đầu vào: ±30 (V)

Nhiệt độ làm việc: T = -25 ÷ 850C Công suất tiêu thụ P = 680 (mW) = 0,69 (W)

Tổng trở đầu vào Rin = 106 (μΩ) Dòng điện đầu ra Ira = 30 (pA)

Tốc độ biến thiên điện áp cho phép du/dt = 13 (v/μs)

&

&

&

&

14 13 12 11 10 9 8

1 2 3 4 5 6 7

14 13 12 11 10 9 8

-

+

-

+

+

-

+

-



Mạch tạo xung chùm có tần số f = 1/2 fx = 4 (KHz) hay

Chu kỳ của xung chùm T = 1/f = 250 (μs) Ta có T = 2RP . C2 . ln(1+2.R6/R7)

Chọn R6 = R7 = 33 (Ω) thì T = 2,2 . R8 . C2 = 250 (μs)

Vậy R8 . C2 = 113,6 (μs)

Chọn tụ C2 = 0,1 μF có điện áp U = 16 (V), R8 = 113,8 (Ω) Để thuận tiện cho việc điều chỉnh khi lắp mạch thì ta chọn R8 là biến trở 2KΩ. * Tính chọn tầng so sánh Khuyếch đại thuật toán đã chọn loại TL 084

Chọn R4 = R5 > UV/IV = 12/10-3 = 12 (KΩ)

Trong đó nếu nguồn nuôi VCC = ± 12 (V) thì điện áp vào A3 là UV = 12 V Dòng điện vào được hạn chế để IrV < 1 (mA)

Do ta chọn R4 = R5 = 15 (KΩ) Khi đó dòng vào A3 là IVmax = 12/(15.103) = 0,8 (mA)

* Tính chọn khâu đồng pha: Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C1 mặt khác để đảm bảo điện áp tụ có trong 1 nửa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian tụ nạp được: Tr = R3 . C1 = 0,005 (s)

Chọn C1 = 0,1 (μF) thì điện trở R3 = Tr/C1 = 0,005/(0,1.10-6)= 5.104= 50 (KΩ) Để thuận tiện cho việc điều chỉnh lắp đặt mạch R3, thường chọn R3 là biến trở lớn hơn 50 KΩ Chọn Tranzitor Tr1 loại A564 có các thông số: Tranzitor loại pnp - vật liệu bán dẫn Si Điện áp giữa Colecto và bazơ khi hở mạch Emitor: UCBO = 25 (V) Điện áp giữa Emintor và bazơ khi hở mạch Colector: UEBO = 7 (V)

UCC



Dòng điện lớn nhất ở Colector có thể chịu được Icmax = 100 (mA)

Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp T1 = 1500C

Hệ số khuyếch đại β = 250

Dòng làm việc cực đại của Bazơ: IB3 = IC / β = 100/250 = 0,4 (A) Điện trở R2 được chọn để hạn chế đường đi vào Bazơ Tranzitor Tr1 , chọn R2

thoả mãn điều kiện R2 ≥ Unmax/IB = 12/(0,4 . 10-3) = 30 (KΩ)

Chọn R2 = 30 (KΩ) Chọn điện áp xoay chiều đồng pha UA = 9 (V) Điện trở R1 hạn chế dòng điện đi vào khuyếch đại thuật toán A1, thường chọn R1 sao cho dòng vào Khuyếch đại thuật toán IV < 1 mA. Do đó:

R1 > UA/IV = 9/10-3 = 9 (KΩ) chọn R1 = 10 (KΩ) * Tạo nguồn nuôi

Ta cần tạo ra nguồn điện áp ±12 (V) để cấp vào cho máy biến áp, nuôi IC, các bộ phận điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đạt tốc độ lớn. Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng điốt, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi U2 = 12/2,34 = 5,1 (V), chọn U2 = 9 (V). Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 vi mạch ổn áp 7812 và 7912 với các thông số chung của vi mạch này:

Điện áp đầu vào : UV = 7 ÷ 35 (V) Điện áp đầu ra : Ur = 12 (V) với IC 7812

Ur = -12 (V) với IC 7912

Dòng điện đầu ra Ira = 0 ÷1 (A) Tụ C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng đa hài bậc cao

Chọn C4 = C5 = C6 = C7 = 470 (μΩ) và U = 35V

7812

A ~380V B

C

a

b

c

C4 C6

7912

a

b

c

C5 C7

-12V

+12V



* Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha:

Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cả việc tạo điện áp đồng pha và tạo nguồn nuôi. Chọn kiểu máy biến áp 3 pha 3 trụ, trên mỗi trụ có 3 cuộn dây, 01 cuộn sơ cấp và 02 cuộn thứ cấp.

Điện áp lấy ra ở thứ cấp máy biến áp làm điện áp đồng pha và nguồn nuôi U 2 = U2đf = Un = 9 (V)

Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha: I2đf = 1 (mA)

Công suất nguồn nuôi cấp cho biến áp xung Pđf = 6. U2đf. I2đf = 6.9.1.10-3 = 0,054 (W)

Công suất tiêu thụ ở 5 IC TL084 sử dụng làm khuyếch đại thuật toán, ta lựa chọn 2 IC TL 084 để tạo ra 06 bộ cộng AND

P7IC = 7. PIC = 7. 0,68 = 4,76 (N) Công suất biến áp cấp cho cực điều khiển Thyristor

Px = 6 . Uđk. Iđk = 6. 2,5 . 0,15 = 2,25 (W) Công suất sử dụng cho việc tạo nguồn nuôi

PN = Pđf + P7IC + Px = 0,054 + 4,76 + 2,25 PN = 7,064 (W)

Công suất máy biến áp có kể đến 5% tổn hao trong máy S = 1,05 . (Pđf + PN) = 1,05 . ( 0,054 + 7, 064) = 7,47 (VA)

Dòng điện thứ cấp máy biến áp I2 = S/6.U2 = 7,47/ (6.9) = 0,138 (A)

Dòng điện sơ cấp máy biến áp I1 = S/3.U1 = 7,47/ (3. 220) = 0,0113 (A)

Tiết diện trụ được tính theo công thức

337,150.347,7.6

.. ===

fmsKQ Qt (cm2)

Trong đó KQ = 6: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát



m = 3: Số trụ máy biến áp f = 50: Tần số điện áp lưới

Chuẩn hoá tiết diện trụ theo bảng 7 → Qt = 1,63 (cm2)

Kích thước mạch từ lá thép dày δ = 0,5 (mm) Số lượng lá thép là 68 lá: a = 12 mm b = 16 mm h = 30 mm Hệ số ép chặt: kc=0,85 Hình : Kích thước mạch từ biến áp

Chọn mật độ từ thẩm B = 1 (T) ở trong trụ ta có số vòng dây quấn sơ cấp

6080...44,4

11 ==

tQBfUW (vòng)

Chọn mật độ dòng điện J1 = J2 = 2,75 (A/mm2)

0041,0..3 11

1 ==

SUSS (mm2)

Đường kính dây quấn sơ cấp

072,0.4 11 ==

πSd (mm)

Chọn d1 = 0,1 (mm) để đảm bảo độ bền cơ, đường kính có kể đến cánh điện d1cđ = 0,12 (mm)

Số dòng dây quấn thứ cấp W2 = W1. U2/U1 = 249 (vòng)

Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 = S/(6. U2. I2) = 0,05 (mm2)

Đường kính dây quấn thứ cấp

253,0.4 2

2 ==πS

d (mm)

Chuẩn hoá đường kính d2 = 0,26 (mm) Đường kính có kể đến cách điện d2cđ =0,31 (mm)

Chọn hệ số lấp đầy klđ = 0,7

A h

C

c

b b

a

a



Với 3,9.

)...(4 2

221

21

=+

=hK

WdWdK

ld

cdcd

ld

π

(mm)

Chọn c = 12 (mm) Chiều dài mạch từ

C = 2c + 3a = 2. 12 + 3. 12 = 60 (mm) Chiều cao mạch từ

H = h + 2a = 30 + 2. 12 = 54 (mm) * Tính chọn đi-ốt bộ nguồn chỉnh lưu

Dòng điện hiệu dụng qua đi ốt

098,022 ==

IIdhd (A)

Điện áp ngược lớn nhất mà điốt phải chịu

Unmax = √6 . U2 = 22 (V) Chọn điốt có dòng định mức

Iđm ≥ Ki . Idhd = 10. 0,1 = 1 (A)

Chọn điốt có điện áp ngược lớn nhất Un = Ku . Unmax = 2. 22 = 44 (V) Chọn đi-ốt loại KII20PA có các thông số:

Dòng điện định mức Iđm = 1,5 (A) Điện áp ngược cực đại của điốt UN = 100 (V)



PHẦN VI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ KÍN THEO PHƯƠNG PHÁP 2 MẠCH VÒNG TỐI ƯU MODUL.

I. NGUYÊN LÝ CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỀU MẠCH VÒNG:

Nếu ta có 1 đối tượng có hàm truyền

WTĐ(P) = )1.(

.......

1

21

+=

PT

KKK

i

m

i

n

π

K1 ….. Kn: Hệ số khuyếch đại của các khâu trong hệ thống.

m : Số khâu quán tính của hệ thống

Ti : Hằng số thời gian quán tính của các khâu quán tính

Nếu mạch có nhiều khâu quán tính có hằng số thời gian lớn thì độ tác động

ω

sai sè lín nhÊt sai sè tÜnh

w



nhanh của hệ thống sẽ kém, sự ổn định của hệ kém, đồng thời sai số tĩnh sẽ lớn.

Do đó ta đưa thêm vào hệ các bộ điều chỉnh nhằm mục đích khử các hằng số

thời gian quán tính lớn và đưa thêm vào hệ các khâu tích phân có hằng số thời gian

nhỏ để khử các sai số tĩnh của hệ. Do đó, ta phân tích đối tượng ra làm hai khâu:

Mẫu số đối tượng: )1().1()1(111

++=++===

PTPTPT K

m

lKi

l

ii

m

iπππ

Trong đó: l : số hằng số thời gian lớn cần khử

m - l : Số hằng số thời gian nhỏ không cần khử

Theo lý thuyết điều khuển tự động, muốn khử một khâu nào đó, ta chỉ cần

đưa thêm vào hệ thống một khâu có hàm truyền bằng nghịch đảo của khâu cần khử.

Khi đó, hàm truyền mong muốn của hệ hở sẽ là:

Whmm = )1(

1.1

10 +

+=PTPT

K

m

lKπ

Để đơn giản hóa cho việc tính toán, ta đưa ra 1 khuâu tương đương có hằng

số thời gian Tμ tương đương với hằng số thời gian nhỏ

Tμ = Tl+1 + Tl+2 + ……. + Tm

Ta sẽ có:

Whmm = )1(

1.1

10 +

+=PTPT m

lK μπ

Wi

iW1

x x



Lúc đó hàm truyền của hệ kín sẽ là:

Wkínmm = 1)1(

1

)1(1.11

)1(1.

.1

1 0

0

0

++=

++

+=

+ PTPTPTPT

PTPTW

W

hmm

hmm

μ

μ

μ

Các khâu đưa thêm vào được gọi là các khâu hiệu chỉnh và có hàm truyền là:

Wreg = =DT

hmm

WW

Wreg = n

K

m

lKi

l

i

K

m

l

KKK

PTPT

PTPT ........

)1().1(.

)1(.

1

21

11

10

++

+

+==

+

ππ

π

WReg = )..........(

)1(

2101

n

il

i KKKPTPT +

=π

Khi l quá lớn (l>3) mạch sẽ rất phức tạp → ta chia làm nhiều mạch vòng nối

tiếp nhau mỗi vòng chỉ chứa 1 hằng số thời gian lớn cần khử và thực hiện các mạch

vòng từ mạch vòng trong ra mạch vòng ngoài. Đó là nguyên lý điều khiển tối ưu

theo nhiều mạch vòng.

II. NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU 2 MẠCH VÒNG (TỐC ĐỘ (W) VÀ

DÒNG ĐIỆN (I) Ở ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU TRONG HỆ TIRISTO - ĐỘNG CƠ:

x Wi y

xWreg

y'Wđt

x W hmmy

WKín mmx

y'

Y' có chất

lượng mong muốn tốt hơn



+ Bộ chỉnh lưu Tiristo có hàm truyền WCL = KCL . Pe τ−

= P

KCL

τ+1

+ ở chế độ quá độ, động cơ 1 chiều có sơ đồ cấu trúc được mô tả qua các

phương trình:

U - E = IR + L dtdI

M - Mc = J dt

dCO hay I - Ic = dt

dK

J CO

M

.φ

I - Ic = dt

dR

KTdt

dR

KK

RJ CO

u

Mc

CO

u

M

M

u ....)(

.2

φφφ

=

Phương trình và ở dạng toán tử có dạng:

U - E = RI + LPI = RI(1 + )PRL = RI(1 + TưP)

(U - E) ( IPT

R

u

u =+

))1(

1

I - Ic = ωφ

ωφ

......u

Mc

u

Mc R

KPTP

RK

T =

(I - Ic) ωφ

=⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

PTK

R

c

M

u

.

* Do đó ta có sơ đồ cấu trúc của hệ:

WCL WĐC

ĐK U ω



Trong thực tế người ta thường bỏ qua khâu phản hồi sđđ E trong tính toán

các quá trình quá độ do quán tính càng lớn của ω có tốc độ biến thiên chậm so với

đại lượng điện.

* ở đây ta có 2 hằng số thời gian lớn cần khử là Tư và Tc. Ta thực hiện hai

mạch vòng, mạch vòng trong là mạch vòng dòng điện có Tư cần khử, mạch vòng

ngoài là mạch vòng tốc độ có Tc cần khử và dùng phản hồi âm dòng, và phẩn hồi

âm tốc độ.

Hàm truyền của hệ kín mong muốn sẽ là:

WKmmi = )1(21

1

)1(211

)1(21

1 PPPP

PPW

W

hmm

hmm

μμ

μμ

μμ

ττττ

ττ++

=

++

+=

+

= 12

1.221

122 +≈

++ PPP μμμ τττ

(Vì τ rất nhỏ nên τ2 coi là không đáng kể)

+ Xét mạch vòng tốc độ

W Regω Uđặt

-U ω

WKmmi1Ki

RƯ/KΜφ TC

kω 1Kω

ωωI

Uđặt W Regω Wregi

KCL

1+TP

1/R Ư1+T Ư .P

RƯ /KΜφT C.p

Ki

kω

U đk Ura ω Uvào

UiUω

i ω

U®k KCL

1+TP

1/P¦

1+T¦.PP¦/KΜφTC.p

U-E

I

-IC

KMφ

ω



WĐTω = ωμ φτ

KPTK

RKP CM

u

i

...

.1.).21(

1+

Whmmω = )12(

1.1

'02 +PPT μτ

⇒ Wrcgω = ω

μ

μω

ω φττ KR

PTKKPPPTW

W

u

cMi

dt

hmm

.....)121(

.)12(

1.1

02

++

+=

= ωμωω

φφφKRTTKK

KRPTPTKK

KRPTPTKK

u

cMi

u

cMi

u

cMi

.4.

...2...

.......

0102

==

Wrcgω = ωμ

φKRTTKK

u

cMi

..4.

Để tạo khâu hiệu chỉnh này ta dùng bộ hiệu chỉnh P.

+ Xét mạch vòng dòng điện

Sơ đồ trên có thể vẽ lại như sau:

Ta có:

WĐTi = iu

CL KPP

K.

).1(1.

)1( ττ ++

Whmm = )1(

1.1

01 PPT μτ+ s01,0≤μτ đối với Cl

K CL 1+TP

U vào W regi 1/RƯ

1+TƯ.P U ra ω

Ki1Ki

RƯ /K ΜφT C.p kω

1Kω

ω

U iU ω

I I

U

-U

R

đặt-

+ω

R2

R2

02



⇒ Wrcgi = i

uCL

up

DTi

hmm

KRK

PTPPTW

W 1.1.

)1)(1(.

)1(1.1

01

++

+=

ττ μ

Wrcgi =

uiCL

u

RKKPT

PT1...

)1(

01

+

Theo tiêu chuẩn tối ưu modun, nên chọn T01 = 2Tμ

Nếu T01 > 2Tμ : Sẽ có quá độ dài hạn

Nếu T01 < 2Tμ : quá độ ngắn lại nhưng dao động lại mạch.

Vậy:

Wregi =

uiCL

u

RKKPT

PT1...2

.1

μ

+

Đặt Ti = 2TμP . KCL . Ki . uR

1

Wrcgi = PTT

TPT

PT

ii

u

i

u 1.

1+=

+

Đây là khâu PI

Để tạo được khâu hiệu chỉnh này ta có thể dùng bộ hiệu chỉnh PI

III. TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÒNG KÍN: THEO PHƯƠNG PHÁP 2

MẠCH VÒNG TỐI ƯU MODUL:

1. Mạch vòng dòng điện

-U i

-

+

Ura ω R3 C3 R1

R2



Hàm truyền bộ hiệu chỉnh có dạng:

Wrcg =

uiCL

u

RKKPT

PT1....2

1

μ

+

+ Hệ số khuyếch đại của bộ chỉnh lưu KCL = )2211(max

÷=dk

do

UU

Ta chọn 2012240

==CLK

Tμ = 0,01 (s)

+ Điện trở mạch phần ứng động cơ: Rư = 1,62(Ω)

+ Hằng số thời gian mạch điện từ phần ứng:

Tư = )(03,062,1049,0 s

RL

u

u ==

Muốn có phản hồi dòng ta dùng shunt dòng loại: 25A/75mV

Mắc nối tiếp với động cơ:

Chọn Ui = -10 (V) → Ki = 7,03,14

10=

⇒ Wrcg = P

PPP

P

P173,0

.03,01173,0

03,01

62,11.7,0.20..01,0.2

.03,01 +=

+=

+

Mạch tạo bộ hiệu chỉnh này có dạng

Shunt dg`U



+ Để tạo Ui = -10V cần có 1 bộ khuyếch đại với K = 134075,010

1

2 ==RR

Chọn R1 = 1KΩ → R2 = 134(KΩ)

Ti = C4 . R3 = 0,173

Chọn C4 = 1 (μF) → R3 = 173(KΩ)

)(40176,0 43

4 Ω=→== KRRR

TT

i

u

+ Khuyếch đại TT A5 và A6 loại TL084 như mạch vòng hở đã dùng

2. Mạch vòng ngoài tốc độ

+ Để tạo phản hồi tốc độ dùng máy phát tóc có tốc độ quay bằng tốc độ quay

của động cơ

Chọn loại máy phát tóc có: 100V ÷ 1500v/ph

Vì máy phát tốc có điện áp lớn do đó phải có phân áp máy phát

Chọn Uωmax = 10V

WFt = )/(157601500.2 srad=

π

→ Kω = 0637,015710

=

RU

+

- -

+ 75mv

R1

R2

3R4

R3

-Ui

C4

A 6A5

ra ω

-10V

+10V

10V

MA



+ Kφđm = 25,1157

3,14.62,1220=

−=

−

dm

dmudm IRUω

+ Tc = )(06,2)25,1(

62,1.2)(

.22 s

KRj u ==φ

Wrcg(ω) = 4,4380637,0.62,1.01,0.406,2.25,1.7,0

..4..

==ωμ

φKRTTKK

u

cMi

Mạch tạo bộ điều chỉnh có dạng

KĐTT A7 chọn TL084 như trên

4,43801 == rtKR

R

Chọn R1 = 1(KΩ) → R01 = 440(KΩ)

* mạch phản hồi của tốc độ và dòng điện

U -A7

+

R01

+

-12V

R1

R2

U ω

đặt



H

Lv

lv

H

OFF ON

Mạch hãm động cơ dùng phương pháp hãm động năng:

7,73,14.2

220

max

max ===Ie

K H (Ω)

TÀI LIỆU THAM KHẢO o Truyền động điện:

- Bùi Quốc Khánh

- Nguyễn Văn Liễn

- Nguyễn Thị Hiền

o Thiết kế thiết bị điện tử công suất

+A5

R2

R1

R1

-

-12V

+

-

R3

-A6

+

R4

A3

+

-Uđặt

MFT

R5

R5

R6

Urc

C4

+12V

-Uii

A 7

ω

-A 6

+

R4

Id

+UPHω

+Uraω

-Uđk



- Trần Văn Thịnh

o Cơ sở truyền động điện tự động:

- Bùi Đình Tiếu

- Phạm Duy Nhi

MỤC LỤC Lời nói đầu 3

Phần 1 Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao 4

Phần 2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một

chiều kích từ độc lập 5

Phần 3 Khái quát các phương pháp chỉnh lưu dùng Thyistor 14

Phần 4 Lựa chọn và tính toán mạch động lực. 28



Phần 5 Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu Thyristor vòng

hở. 49

Phần 6 Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phương pháp

02 mạch vòng tối ưu Module. 68

Documents

mientayvn.commientayvn.com/Dien tu/Tai_lieu/Dien_dan/Dieu_khien_tu_dong/thiet_ke_he... · Khi đọc qua tài liệu này, nếu phát hiện sai sót hoặc nội dung kém chất