Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Mục lục Chơng I: Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động 1 Cấu tạo cầu trôc Đặc điểm công nghệ Yêu cầu truyền động Chơng II: Chọn phơng án trun ®éng .8 Giới thiệu phơng án chung truyền động Các hệ truyền động 16 Chơng III: Tính chọn mạch lực điểu khiển 22 Chän c«ng suÊt ®éng c¬ 22 Tính chọn thiết bị khác, Thy, MBA 23 TÝnh chọn mạch điều khiển 27 Chơng IV: Tổng hợp hệ 38 X©y dùng cÊu tróc ®iỊu khiĨn tỉng hỵp hƯ 38 Mô tả khâu 38 Tæng hợp mạch vòng dòng điện 40 Tổng hợp mạch vòng tốc độ .42 Ch¬ng IV: Mô MATLAB-SIMULINK 45 Chơng I: Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động I.1 Cấu tạo chung cầu trục: Cầu trục loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm dọc chính) liên kết (bắc qua) hai dầm ngang mà hai dầm ngang có bánh xe để di chuyển hai đờng ray song song đặt hai vai cột nhà xởng hay dàn kết cấu thép Cầu trục đợc sử dụng rộng rÃi tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hóa nhà xởng, phân xởng khí, nhà kho, bến bÃi Dầm cầu đợc gọi dầm thờng có kết cấu hộp dàn, có Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện dầm, có xe cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm Hai đầu dầm liên kết hàn đinh tán với hai dầm đầu, dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động cum bánh xe bi động Nhờ cấu di chuyển cầu kết hợp với cấu di chuyển xe (hoặc Palăng) mà cầu trục nâng hạ đợc hàng vị trí không gian phía dới mà cầu trục bao quát Dẫn động cầu trục tay dÉn ®éng ®iƯn DÉn ®éng b»ng tay chđ u dïng phân xởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ không thờng xuyên, không đòi hỏi suất tốc độ cao Cầu trục đợc chế tạo với tải trọng Q = 1ữ 500T, độ dầm khoảng 4,5ữ32m, chiều cao nâng H đến 16m, tốc độ nâng v = 2ữ 40m/ph; tốc độ di chuyển xe đến 60m/ph tốc độ di chuyển xe cầu đến 125m/ph Để thuận lợi cho nâng hạ, thao tác kinh tế nâng hạ hàng hoá, loại cầu trục có tải trọng nâng lớn 10T thờng có thêm hai cấu nâng hạ phụ, có tải trọng nhỏ hơn, lắp xe Chế độ làm việc cấu cầu trục đợc xác định từ yêu cầu trình công nghệ chức cầu trục dây chuyền sản xuất Cấu tạo kết cấu cầu trục đa dạng Khi thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển hệ truyền động phải phù hợp với loại cụ thể Nhiệm vụ vủa cầu trục bốc dỡ, vận chuyển hàng hoá trang thiết bị phục vụ cho việc sản xuất lắp ráp Đối với cầu trục vận chuyển, phải đảm bảo tiêu qua trính độ Còn cầu trục lắp ráp, phải đảm bảo trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng xác nơi lấy hàng hạ hàng Phân loại cầu trục: Theo hình dạng phận nâng hạ mục đích sử dụng: Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn Cầu trục dùng gầu ngoạm Cầu trục dùng nam châm điện Cầu trục luyện kim Cầu trục có cấu nâng đặc biệt Cũng phân loại cầu trục theo công dụng: Cầu trục có công dụng chung: Loại có móc treo tiêu chuẩn dùng để xếp dỡ, lắp ráp sữa chữa máy móc thiết bị Thờng tải trọng nâng không lớn, sử dụng kết hợp gầu ngoạm, nam châm điện kìm cặp để nâng hàng, hàng khối Loại chuyên dùng: Thờng đợc chế tạo cho mục đích sử dụng định phải phù hợp yêu cầu tải trọng nâng yêu cầu khác Phân theo kết cấu: có loại dầm loại hai dầm Cầu trục dầm thờng dùng palăng điện palăng tay di chuyển cạnh dới dầm chữ I Loại hai dầm thờng dầm hộp, dầm chữ I đặt song song, dầm kiểu dàn Loại thờng dùng cấu nâng đặt xe di chuyển dọc theo dầm Phân theo cách truyền động: truyền động tay điện Truyền động tay cho loại có tải trọng nâng bé, dùng cho lắp ráp sửa chữa Loại chạy điện đợc điều khiển từ ca bin đợc điều khiển nút bấm điều khiển từ mặt đất; trờng hợp ngời điều khiển phải theo di chuyển cuả cầu trục, vận tốc di chuyển phải thích hợp Trong điều kiện đặc biệt điều khiển từ xa Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Hình vẽ 1.1: Cầu trục với móc cẩu hàng Cấu tạo cđa cÇu trơc gåm bé phËn chÝnh: Xe cÇu: Là khung sắt hình chữ nhật đợc thiết kế với kết cấu chịu lực: gồm hai dầm chế tạo thép đặt cách khoảng tơng ứng với khoảng cách bánh xe xe (đờng ray), bao quanh dàn khung Hai đầu cầu đợc liên kết khí với hai dầm ngang tạo thành khung hình chữ nhật mặt phẳng ngang Các bánh xe cầu trục đợc thiết kế dầm ngang khung hình chữ nhật cầu trục chạy dọc suốt nhà xởng cách dễ dàng Xe con: Là phận chuyển động theo đờng ray xe cầu, đặt cấu nâng cấu di chuyển cho xe Tuỳ theo công dụng cầu trục mà xe có hai cấu nâng Xe di chuyển xe cầu xe cầu di chuyển dọc theo chiều dài phân xởng, nhà máy đáp ứng việc vận chuyển hàng hóa đến nơi phân xởng, nhà máy Cơ cấu nâng hạ: cấu nâng hạ cầu trục có hai loại chính: loại dùng cho cầu trục dầm palăng điện palăng tay Palăng điện palăng tay có khả di chuyển dọc theo dầm để nâng hạ vật Các loại palăng phận máy đợc chế tạo hoàn chỉnh theo tải trọng tốc độ nâng chế độ làm việc Khi lựa chọn cần vào yêu cầu chọn thông số theo Catalog kích thớc bao có sẵn Đối với loại dầm thông thờng cấu nâng hạ đợc chế tạo đặt xe để di chuyển dọc theo dầm Loại móc để nâng hàng đà đợc bao gói thông dụng Trên xe có từ đến ba cấu nâng; có cấu nâng có đến hai câu nâng phụ Khi dùng cấu gầu ngoạm tốc độ nâng hạ có lớn loại móc treo để thả gầu, lỡi gầu ăn sâu vào đống vật liệu Cơ cấu phanh hÃm: Phanh hÃm phận thiếu cÊu chÝnh cđa cÇu trơc Phanh dïng cÇu trơc thờng có loại: Phanh guốc, phanh đĩa phanh đai Nguyên lý hoạt động giống Khi động cấu đóng vào lới điện ®ång thêi cn d©y cđa nam ch©m phanh h·m cịng có điện Lực hút nam châm thắng lực cản lò xo, giải phóng trục động để làm việc Khi cắt điện, cuộn dây nam châm điện, lực căng lò xo ép chặt má phanh vào trục động cơ, để hÃm Nc Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Gph Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Mô tả cấu phanh đai gồm: Má phanh, Cuộn dây nam châm phanh (hoặc dùng động bơm thuỷ lực tạo lực đóng mở); Đối trọng phanh: Khi động cấu đóng vào lới điện đồng thời nam châm điện đựơc cấp điện, lực hút nam châm sẽ nâng cánh tay đòn lên, làm cho đai phanh không ép chặt vào trục động Khi động ngừng làm việc, tự trọng nam châm G nc đối trọng phanh Gph, cánh tay đòn hạ xuống đai phanh ghì chặt động Đối với xe cầu trục loại nặng thờng ngời ta dùng phanh hay bên bánh để đảm bảo an toàn Các chuyển động hệ: Nhờ đặc điểm cấu tạo nh cầu trục di chuyển phụ tải theo phơng phủ kín mặt nhà xởng Chuyển động theo phơng thẳng đứng chuyển động nhờ có cấu nâng hạ đặt xe Chuyển động dọc theo phân xởng nhờ hệ thống chuyển động đặt xe cầu Chuyển động ngang theo phân xởng nhờ hệ thống truyền động xe (xe trục) I.2 Đặc điểm công nghệ Cầu trục làm việc môi trờng nặng nề nh hải cảng, nhà máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim v.v Làm việc chế độ đóng, cắt cao Ngoài tuỳ vào trình công nghệ mà cầu trục phục vụ ta có thêm số yêu cầu công nghệ khác nh: Cầu trục vận chuyển đợc dùng rộng rÃi yêu cầu độ xác không cao Cầu trục lắp ráp phần lớn đợc dùng nhà máy xí nghiệp nhà máy khí Nó dùng để lắp ghép chi tiết máy móc yêu cầu làm việc yêu cầu độ xác cao, cụ thể trình mở máy phải êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng xác nơi lấy trả hàng Các khí cụ điện, thiết bị điện hệ thống truyền động trang bị điện cầu trục phải làm việc tin cậy điều kiện làm việc để nâng cao suất, an toàn vận hành khai thác Từ đặc điểm trên, đa yêu cầu hệ truyền động trang bị điện cho cấu cầu trục: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tự động đơn giản Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản cấu tạo, thay dễ dàng Trong sơ đồ mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không, tải ngắn mạch Quá trình mở máy diễn theo luật đợc định sẵn Sơ đồ điều khiển cho tng động riêng biệt, độc lập Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho xe cầu, xe con, hạn chế hành trình lên cấu nâng hạ Đảm bảo hạ hàng tốc độ thấp Tự động cắt nguồn cấp có ngời làm việc xe cầu Một số yêu cầu thiết bị điện cầu trục: Điện áp làm việc lới điện cung cấp cho cầu trục không đợc 500V Hay dùng loại xoay chiều 220V, 380V, 500V Mạng điện chiều thờng dùng 220V, 440V Điện áp chiếu sáng lớn cầu trục 220V, Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện điện áp chiếu sáng sữa chữa lắp ráp không 36V Cấm không dùng máy biến áp tự ngẫu cung cấp điện cho chiếu sáng sữa chữa Cách đấu điện phải đảm bảo cho cầu trục điện nguồn sáng đợc trì Thiết bị bảo vệ: Cầu trục phải đợc bảo vệ chống ngắn mạch chống tải rơ-le dòng điện, không đợc dùng cầu chì ro-le nhiệt để bảo vệ cho động cầu trục Mặt khác để tránh động tự mở máy điện áp đợc phục hồi, ngời ta dùng thiết bị bảo vệ điện áp không Hạn chế hành trình: cấu chuyển động riêng đặc biệt cầu trục cần phải có cấu hành trình điểm cuối để hạn chế chuyển động cấu nâng tải, hạn chế hành trình lên mà không hạn chế hành trình xuống Đối với xe lớn xe nhỏ phải có công tắc hành trình để hạn chế chuyển động cấu hai hớng Riêng xe nhỏ, tốc độ chuyển động nhỏ 30 m/ph dùng chắn khí để hạn chế chuyển động thay cho thiết bị điện Nếu hệ thống đờng ray có cầu trục làm việc xe lớn có xe làm việc phải đặt công tắc hành trình không cho xe chuyển động lại gần dới 1m Để đảm bảo an toàn cho ngời lái, bậc thang nắp buồng lái, ngời ta đặt tiếp điểm bảo vệ, tiếp điểm mở có ngời cầu thang hay cửa buồng lái cha đợc đóng kín Ngoài thiết bị nh hộp Aptomat đặt dới đất Khi làm việc aptomat đóng aptomat mở cầu trục ngng làm việc Vấn đề phanh hÃm: phận chuyển động cầu trục phải có phận phanh hÃm Trong cầu trục dây dẫn điện phải dây đồng tiết diện tối thiểu phải 2,5 mm2, chất cách điện phải đạt đến cấp điện áp 500V Những nơi có khả gây xây xát dầu mỡ bám vào phải đặt dây dẫn vào ống hay lới bảo vệ Có thể đặt dây dẫn nhiều mạch điện khác ống nhng phải ý ký hiệu rõ ràng tránh nhầm lẫn tháo lắp sửa chữa Về cách điện: Điện trở cách điện dây dẫn dây dẫn phần không mang điện cầu trục phải đảm bảo 1000, nơi môi trờng ẩm ớt độ cách điện phải đảm bảo 44000 cấp điện áp 220V, 19000 cấp điện áp 380V, 250000 cấp điện áp 500V Vỏ kim loại tất thiết bị phải nối với phần kim loại cầu trục thông qua hệ thống đờng ray nối xuống hệ thống tiếp đất phân xởng buồng lái phải rải thảm cao su tránh giật điện cho ngời lái Các cầu trục làm việc nơi có khả cháy nổpahỉ dùng thiết bị chống nổ Để cung cấp điịen cho xe lớn, xe nhỏ móc cẩu, ngời ta không dùng trợt mà dùng dây mềm có bọc cao su cách điện Phải bố trí dây cho tránh xây xát cầu trục làm việc I.3 Yêu cầu truyền động: a Đặc tính tải: Động cho truyền động xe làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại Một chu kì xe gồm giai đoạn sau: Chuyển động ngợc không tải .Nghỉ .Chuyển động thuận có tải .Nghỉ Trên hình vẽ giản đồ phụ tải cấu nâng hạ với thời gian mở máy thời gian phanh coi nh Trong ®ã: t1: Thêi gian nghØ t2: thêi gian chuyÓn ®éng không tải t3: thời gian nghỉ t4: thời gian chuyển động có tải Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Qua giản đồ phụ tải ta thấy phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi Động làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại với yêu cầu có đảo chiều M t1 t2 t3 t4 b Yêu cầu khởi động hÃm truyền động Khởi động êm hÃm xác c Yêu cầu hàm dừng khẩn cấp Sử dụng phanh hÃm để hạn chế tốc độ chuẩn bị dừng điện phanh hÃm phải dừng truyền động trạng tránh rơi tự Dừng xác nơi lấy trả tải d Độ xác Dải điều chØnh tèc ®é D= ωmax 100 = = ω 0,05 e Những yêu cầu khác Vấn đề tính chọn công suất động Đảm bảo chiều quay Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trớc động không bị đốt nóng mức Công suất động cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động quy định Việc tăng công suất động lên lớn không cho phép do: Khi P có khả làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu nâng hạ) dẫn tới đứt dây treo hay tải bị dật mạnh Tăng vốn đầu t ban đầu Phải thiết kế để cấu làm việc an toàn chế độ nặng nề Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn điện áp 85% điện áp định mức Khi tải trọng (không tải) mô men động không vợt (15ữ20)% Mđm, cấu nâng cầu trục gầu ngoạm đạt tới 50% Mđm, động di chuyển xe (50ữ55)%.Mđm M/Mđm 1,0 Lê Đức Hùng 0,8 TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện 0,6 0,4 G/Gđm 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 Hình 1.2 Quan hệ mô men tải 1- động di chuyển xe cầu 2- động di chuyển xe 3- động nâng - hạ Chơng II: Chọn phơng án truyền động II.1 Giới thiệu phơng án truyền động Hệ truyền động động xoay chiều điều chỉnh tần số Giới thiệu động không đồng bộ: Động không đồng có hai loại rôto kiểu dây loại rôto lồng sóc: loại rôto dây có rôto giống nh dây Stato Trong máy điện cỡ trung bình trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp bớt đợc dây đầu nối, kết cấu dây rôto chặt chẽ Trong máy điện cỡ nhỏ thờng dùng dây quấn đồng tâm lớp Dây quấn ba pha rôto thờng đấu hình sao, ba đầu đợc nối vào vành trợt thờng làm đồng đặt cố định đầu trục thông qua chổi than đấu với mạch điện bên Đặc điểm loại động thông qua chổi than để đa điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính mở máy hay điều chỉnh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất máy Khi máy làm việc bình thờng dây quấn rôto đợc nối ngắn mạch Thứ hai loại rôto lồng sóc: kết cấu loại rÃnh lõi sắt rôto đặt vào dẫn Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện đồng hay nhôm dài khỏi lõi sắt đợc nối tắt lại hai đầu hai vành ngắn mạch đồng hay nhôm làm thành lồng mà ngời ta quen gọi lồng sóc Dây lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt Để cải thiện tính mở máy, máy công suất tơng đối lớn, rÃnh rôto làm thành dạng rÃnh sâu làm thành hai rÃnh lồng sóc hay gọi lồng sóc kép Trong máy điện cỡ nhỏ, rÃnh rôto thờng đợc làm chéo góc so với tâm trục Phạm vi ứng dụng: ứng dụng chủ yếu máy điện không đồng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, gí thành hạ nên động không đồng đợc dùng rộng rÃi ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat Trong công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ nhà máy công nghiệp nhẹ, v.vTrong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong sống hàng ngày, máy điện không đồng chiến vị trí quan trọng: quạt gió, máy quay đĩa, động tủ lạnh, v.vTóm lại, theo phát triển sản xuất điện khí hóa, tự động hóa cà sinh hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụngcủa máy điện không đồng ngày rộng rÃi Tuy nhiên, máy điện không đồng có nhợc điểm nh: cos máy không cao, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt nên ứng dụng máy không đồng có phần bị hạn chế Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động xoay chiều có yêu cầu cao dải điều chỉnh tính chất động học thực đợc với biến tần Các hệ sử dụng động không đồng rôto lồng sóc có kết cấu vững đơn giản, giá thành rẻ, làm việc môi trờng Nhợc điểm hệ mạch điều khiĨn rÊt phøc t¹p Giá thành truyền động chiều Giá thành truyền động tần số Giá thành phần điều khiển Giá thành phần điều khiển Giá thành động Giá thành động P[kW] t[năm] P[kW] t[năm] H×nh 2.1: Biểu đồ so sánh kinh tế Nh ta thấy động có công suất lớn phơng pháp điều chỉnh tần số tỏ có nhiều u điểm, không yêu cầu độ điều chỉnh khắt khe sử dụng không đồng hệ có công suất lớn Tùy theo yêu cầu kỹ thuật kinh tế mà chia biến đổi sau Biến tần trực tiếp: biến tần có tần số nhỏ tần số lới f1; fs=(0ữ0,5)f1., thờng dùng cho truyền động công suất lớn Biến tần gián tiếp nguồn áp: thờng dùng cho truyền động nhiều động Đới với biến tần nguồn áp yêu cầu chất lợng cao thờng dùng biến tần có điều chế độ rộng xung Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Biến tần có nghịch lu độc lập nguồn dòng: thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động lớn 1.1 Luật điều chỉnh giữ khả tải không đổi: Khi truyền động ổn định thì: Us fs 1+ x / = ( o )1+ x / = ( ) Usdm ω odm fsdm W Wñm Wo W M Mủm Mth Mthủm M 1.2 Luật điều chỉnh từ thông không đổi: Us Usdm s = = = const ωo ωodm Is/Isdm Wsth Ws Quan hÖ Is(ws) từ thông s=const Hệ truyền động động xoay chiỊu dïng pp xung ®iƯn trë roto: Khi ®iỊu chØnh giá trị điện trở mạch rôto mômen tới hạn động KĐB không thay đổi độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc với điện trở Nếu coi đoạn đặc tính làm việc động KĐB tức đoạn có độ trợt từ s = tới s = sth thẳng điều chØnh ®iƯn trë ta cã thĨ viÕt: R s = si r R rd Trong đó: s độ trợt điện trở mạch rôto Rr si độ trợt điện trở mạch roto Rrd Biểu thức mômen đợc tính nh sau: Lê Đức Hùng TĐH3 K46 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện 3.I 2r R rd = M si ì Nếu giữ dòng điện rôto không đổi mômen không đổi phụ thuộc vào tốc độ động Vì mà ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi ẹK Ur id R0 T1 C T2 V0 L1 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Mạch điều khiển gồm điện trở R0 nối song song víi kho¸ b¸n dÉn T Khãa T1 sÏ đợc đóng ngắt cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở trung bình toàn mạch Khi T1 đóng điện trở R0 bị loại khỏi mạch dòng điện rôto tăng lên Khi T1 ngắt điện trở Ro lại đợc đa vào mạch, dòng điện rôto lại giảm xuống Với tần số đóng cắt định, nhờ có điện cảm L mà dòng điện rôto coi nh không đổi có giá trị điện trở tơng đơng Re mạch Thời gian ngắt: tn = T-tđ Nếu điều chỉnh trơn tỉ số thời gian đóng thời gian ngắt ta điều chỉnh trơn giá trị điện trở mạch rôto: Re = Ro td = Ro td = Ro.ρ T td + tn §iƯn trë tơng đơng Re mạch chiều tính đổi mạch xoay chiều ba pha rôto theo qui tắc bảo toàn công suất Tổn hao mạch rôto theo hinh 2.2 lµ: ∆ P = I d (2.Rrd + Re ) (2-1) Tổn hao mạch rôto nối ba điịen trở phụ Rf vào mạch rôto là: ∆P = 3.I r ( Rrd + R f ) (2-2) Cơ sở để tính tổn hao công suất nh (2-1) =(2-2) Khi dïng chØnh lu cÇu ba pha (Id2=1,5.Ir2) điện trở tính đổi là: Lê Đức Hùng TĐH3 K46 10 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện IC = = 0,0167( A) 60 Điện trở R2 để hạn chế dòng điện vào bazơ Transistor đợc chọn thoả mÃn điều kiÖn: U 12 R2 ≥ ng = = 719(Ω ) Chän R2 = (KΩ) I B 0,0167 Chän điện trở R3 để hạn chế dòng vào OA Thờng chọn R1 cho dòng vào OA: IV < 1mA Do ®ã: U R3 > V = = 9( KΩ) Chän R3 = 10(KΩ) IV 0,001 Kh©u đồng pha: Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp có góc lệch pha cố định với điện áp đặt lên van lực, phù hợp cho mục đích dùng biến áp Dùng biến áp cho phép thỏa mÃn yêu cầu mà đạt thêm hai mục tiêu quan trọng: Chuyển đổi điện áp lực thờng có giá trị cao sang giá trị phù hợp với mạch điều khiển thờng điện thấp .Cách ly hoàn toàn điện mạch điều khiển với mạch lực Điều đảm bảo an toàn cho ngêi sư dơng cịng nh cho c¸c linh kiƯn ®iỊu khiĨn VËy kh©u ®ång pha ta chän MBA cã nhiỊu cn d©y ë cn thø cÊp (ThiÕt kÕ: xem mục phần này) IB = Thiết kế nguồn nuôi: Để cho mạch hoạt động đợc, cần có nguồn nuôi chiều cho biến áp xung, nuôi IC Do cần có mạch ổn áp Phần lớn nguồn ổn áp cho mạch điều khiển dùng IC chuyên dụng có giá thành rẻ tham số tốt nh dòng tải lên tới vài Ampe Thông dụng dùng IC 78xx 79xx Trong đồ án này, ta chọn nguồn nuôi 12V, ta chọn IC 7812 7912 để tạo nguồn nu«i 7812 + - +12 + C3 - C1 GND + - C2 C4 7912 + - -12 Do ®ã chän: UV = (V) Chän C1 = C2 = 2200 (µF) vµ C3 = C4 = 220(µF) Chän Diot loại KYZ70 có Imax=20(A) Ung.max=50(V) Thiết kế máy biến áp nguồn nuôi: Lê Đức Hùng TĐH3 K46 37 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Ta thiết kế máy biến áp dùng cho việc tạo điện áp đồng pha điện áp nguồn nuôi Chọn kiểu máy biến áp trụ, pha, trụ có cuộn dây: cuộn sơ cấp hai cuộn thứ cấp Nh đà tính toán trên, ta lấy điện áp thứ cấp cho biến áp đồng biến áp nguồn nuôi 9V .Dòng điện cực đại vào IC 1(mA) .Do công suất nguồn nuôi cấp cho biến ¸p xung: Pnnx = 6.Unn.Inn = 6.9.0,001 = 0,054(W) .C«ng suất phần điện áp đồng pha: Pđp = 6.Uđp.Iđp = 6.9.0,001 = 0,054(W) .Công suất tiêu thụ IC TL084 sử dụng làm khuyếch đại thuật toán IC4018 để tạo cổng AND P8IC = P6IC + P2IC = 6.0,68 + 2.0,01= 4,1(W) .C«ng suÊt BAX cấp cho cực điều khiển Tiristor Px = 6.Udk.Idk = 6.3.0.15 = 2,7(W) C«ng st sư dơng cho viƯc tạo nguồn nuôi: PN = Pnnx + P8IC + Px = 0,054 + 4,1 + 2,7 = 6,854 (W) C«ng suất biến áp có tính đến 5% tổn thát máy: S = 1,05.(PN + Pđp) = 1,05(6,854 + 0,054) = 7,2534(W) .Dòng điện thứ cấp MBA: S 7,2534 I2 = = = 0,134( A) 6.U 6.9 Dßng ®iƯn s¬ cÊp MBA: I1 = S 7,2534 = = 0,011( A) 3.U 3.220 TiÕt diƯn trơ cđa m¸y biến áp đợc tính theo công thức kinh nghiệm: Qt = kQ Trong ®ã: kQ=6 : S 10,088 =6 = 1,32(cm ) m f 3.50 HƯ sè phơ thuộc phơng thức làm mát m=3: số trụ biến áp f=50: tần số điện áp luới .Chọn Qt=1,63(cm2) Chọn mật độ từ cảm B=1(T) trụ, ta có số vòng dây sơ cấp là: w1 = U1 220 = = 6080 (vßng) 4,44 f B.Qt 4,44.50.1.1,63.10 −4 Sè vòng cuộn dây thứ cấp: U w2 = w1 = 6080 = 249 (vßng) U1 220 Chän mËt độ dòng điện: J1=J2=2,75(A/mm2) Tiết diện dây sơ cấp: S S1 = = 0,004(mm ) 3.U1.J1 §êng kÝnh dây sơ cấp: 4.S1 4.0,004 d1 = = = 0,071(mm) Lê Đức Hùng TĐH3 K46 38 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện TiÕt diƯn d©y cn thø cÊp: S S2 = = 0,048(mm ) 6.U J Đờng kính dây cuèn thø cÊp: 4.S 4.0,048 = = 0,247(mm) π π * TÝnh chän cuén kh¸ng TÝnh chän cuén kháng nhằm đạt đợc số tiêu nh sau : - Dòng điện phần ứng có độ đập mạch nhỏ < 5% ổn định mô mên quay - Hệ T-Đ hoạt đông vùng dòng điện liên tục Ta có công thức nh sau : Trong : d2 = Lck = L∑ − La − Lba − Lu - Lck :Điện cảm cuộn kháng - L : Điện cảm tổng - La : Điện cảm cuộn kháng Anốt - Lba : Điện cảm biến áp - Lu : Điện cảm phần ứng máy điện Trong thiết kế La = Lba = Tính điện kháng tổng nh sau : L∑ = U1m m2 ω ∆I d ChØnh lu cÇu pha cã m2 = I2 dao động dòng điện cho phép lấy I2 = 5% U1m biên độ sóng hài bậc mét cña chØnh lu : U 1m = 2.U d + m2 tgα 2 m2 − Udmin øng víi tèc ®é bÕ nhÊt gãc më lín nhÊt Udmin = Emin + I(R+Rf) = K.Φ.ωmin + I(R+Rf) = = 0,666.6,28 + 17,5(0,642) = 15,4 V Edmin = Udmin + Uck + Uvan Coi sụt áp cuôn kháng cỡ 1%Udm ta tính đợc nh sau : Edmin = 15,4 + 1%.220 + 2.1 =19,8 V Gãc më tÝnh nh sau : Ed = 2.U (1 + cos ) Tính đợc góc më α =143 ®é , ®ã : U 1m = 2.U d + m2 tgα 2 m2 Giá trị U1m =18,6 V Ta có : Lê Đức Hùng TĐH3 K46 U1m L = m2 I d 39 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Giá trị L = 0.0338 H = 33,8 mH T ®ã tÝnh đợc giá trị cuộn cảm nh sau : Lck = L∑ − La − Lba − Lu Lck = 33,8 - 23,6 = 10,2 mH Vây cần bố trí thêm cuộn cảm có gia trị 10mH mạch Lê Đức Hùng TĐH3 K46 40 Lê §øc Hïng – T§H3 – K46 * * * * BAÑP * * BAÑP * * BAÑP * -12 -12 +12 +12 + - + - +12 + -12 -12 R3 + - + +12 -12 -12 R3 - +12 R3 - + R3 - +12 R3 R3 C1 C2 + - + - 7912 7812 + - 41 R2 D3 D3 R2 R2 D3 D3 R2 R2 D3 D3 R2 C4 + C3 - -12 GND +12 T1 R1 R1 T1 T1 R1 R1 T1 T1 R1 R1 T1 - + + - - + + - - + + - C1 +12 -12 -12 +12 C1 C1 +12 -12 -12 +12 C1 C1 +12 -12 -12 +12 C1 1 R5 R4 R4 R5 R5 R4 R7 R5 Udk Urc Urc Udk Udk Urc C2 R5 R4 R5 Udk Urc Urc R4 Udk R4 Udk Urc R8 + R6 - + + - - + + - - + + - +12 -12 -12 +12 +12 -12 -12 +12 +12 -12 -12 +12 2 2 2 R10 Ecs R10 R9 U5A Ecs Ecs U5A R9 R10 D2 D2 R10 R9 Ecs U5A D2 D2 R10 R9 Ecs U5A D2 D2 R10 R9 R9 U5A U5A Ecs D1 T2 T2 D1 D1 T2 T2 D1 D1 T2 T2 D1 C3 T3 T3 C3 C3 T3 T3 C3 C3 T3 T3 C3 3 3 3 BAX BAX BAX BAX BAX BAX I T T5 T3 T1 E N C B L A N T6 T4 T2 R T §å án môn học Tổng hợp hệ điện Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện Chơng IV: Tổng hợp hệ IV.1 Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ Muốn xây dựng đợc cấu trúc hệ để tổng hợp ta cần xây dựng mô hình toán học khâu hệ Từ kết phân tích toán học động khâu phản hồi, mạch chỉnh lu Thyristor ta xây dựng cấu trúc điều khiĨn chung cho hƯ T-§ nh sau: Ta thùc hiƯn tổng hợp hệ có cấu trúc nối tầng theo hàm chuẩn Thực tổng hợp mạch vòng dòng điện theo hàm chẩn sau thực tổng hợp mạch vòng tốc độ Sơ đồ cấu trúc hệ T-Đ : Một đặc điểm quan trọng tổng hợp là: Trong trờng hợp hệ thống truyền động có số thời gian c¬ häc rÊt lín h¬n h»ng sè thêi gian điện từ mạch điện phần ứng ta coi sức điện động động không ảnh hởng đến trình điều chỉnh mạch vòng dòng ®iƯn Nh vËy víi trêng hỵp trun ®éng cho xe ta bỏ qua thành phần sức điện động tổng hợp mạch vòng dòng điện Để tổng hợp đợc xác mạch điều khiển nói chung nh mạch vòng dòng điện nói riêng ta phải xây dựng đợc mô tả toán học phận có liên qua tới hệ thống Sơ đồ mạch điều khiển T-Đ lại nh sau: IV.2 Mô tả toán học phận mach tổng hợp: Động điện chiều: Khi đặt điện áp U vào phần ứng động điện chiều, phần ứng sinh dòng điện, gọi dòng phần ứng I, tơng tác dòng điện phần ứng với từ thông cuộn kích từ sinh tạo thành momen làm quay phần ứng động Phơng trình mô tả động điện chiều từ thông không đổi thiết lập trớc nh sau: W = 1 Ru + u p Thông số động cơ: Lê Đức Hùng TĐH3 K46 42 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện R = 0,051(), L= kL k.Φ®m U dm 220 = 1,8 .1000 = 1,27(mH ) I dm p.ndm 150.2.1040 U dm − I dm R 220 − 150.0,051 = = 1,95( = 2.π 1040 ω dm 60 ) Lu 0,00127 = = 0,0245( s ) R 0,051 T= Phơng trình đặc tính cơ: Uu R 220 0,051 − M = − M = 112,82 − 0,013.M kΦ (kΦ) 1,95 (1,95) ω= Ph¬ng trình đặc tính điện: = Uu R 220 0,051 − I u = − I u = 112,82 − 0,026.I u k k 1,95 1,95 Khâu phản hồi dòng điện: Để đo dòng điện, ta sử dụng máy biến dòng mắc trớc mạch chỉnh lu để làm giảm sai số, lại cách li đợc mạch lực mạch điều khiển Nếu ta dùng phơng pháp mắc thêm điện trở Sun gây tổn thất mạch phần ứng động Hàm truyền biến dòng điện khâu quán tính bậc một: FI(p)= Với: Ki = U i ( p) Ki = I ( p ) + pTi Ui 10 = = 0,067 I1 150 Ti=R.C=0,005 Chän C=1(µF), →R=5(kΩ) H»ng sè thêi gian Ti định giá trị tụ lọc đầu chỉnh lu biến dòng Nếu tụ nhỏ độ đập mạch lớn tụ lớn số thời gian mạch phản hồi làm chậm trễ trình xử lí mạch vòng dòng điện Ui =10(V), (chuẩn ®o lêng th«ng dơng) Bé biÕn ®ỉi: Bé biÕn đổi chỉnh lu có điều khiển, chỉnh lu đợc mô tả gần khâu quán tính: FBBD ( p ) = K BD e −τ K BD = + p.Tvo + p.Tvo + p.Tdk Víi: TBD=1/(2.f.m)=1/2.50.6=0,00167 K BD = U dm 220 = = 24,4 U dkdm (Uđkđm = 9(V) ứng với U2d=220(V)) Mạch phản hồi tốc độ: Một mạch phản hồi tốc độ đợc mô tả khâu quán tính: K Fω ( p ) = + Tω p Lê Đức Hùng TĐH3 K46 43 Đồ án môn học Với: K = Tổng hợp hệ điện Uω 10 = = 0,092 ω dm 108,91 Chän: Tw=1(ms) Hằng số thời gian chậm trễ định giá trị tụ lọc đầu mạch lọc máy phát tốc Nếu tụ nhỏ độ đập mạch lớn tụ lớn số thời gian mạch phản hồi gây chậm trễ Ta chọn Tw điển hình=1(ms) Mạch lọc: Mắc thêm khâu quán tính tríc bé ®iỊu chØnh: FL ( p) = Kl = + Tl p + 0,001 p IV.3 Tổng hợp mạch vòng dòng điện: Để tổng hợp đợc mạch vòng dòng điện ta phải biết đợc chi tiết yếu tố ảnh hởng đến dòng điện trình làm việc hệ thống Sơ đồ mạch vòng: Thực tổng hợp riêng mạch vòng dòng dòng điện: tách riêng mạch vòng điện tối u cục Một điểm cần lu ý tổng hợp mạch vòng dòng điện ta phải biết đợc chế độ làm việc dòng điện, gián đoạn hay liên tục.Với truyền động cầu trục, ta đà chọn thêm cuộn kháng cho dòng điện không gián đoạn nên ta coi dòng điện liên tục Ta có hàm truyền mạch dòng điện nh sau: F01 ( p ) = K BD K i / Ru (1 + p.TBD )(1 + p.Ti )(1 + p.Tu ) Do c¸c h»ng sè thêi gian TBD,Ti lµ rÊt nhá so víi h»ng sè thời gian điện từ phần ứng động T Do áp dụng phơng pháp gần đúng: K BD K i / Ru 24,4.0,067 / 0,051 F01 ( p ) = = (1 + p.Ts )(1 + p.Tu ) (1 + 0,00467 p)(1 + 0,0263 p) Trong ®ã: Ts =TBD +Ti +Tđk+Tl=0,00167+0,005+0.001+0,001=0,00867