Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án thiết chỉnh lưu có điều khiển
Chơng III Tính chọn thiết bị I. ý Nghĩa của việc tính chọn thiết bị Tính chọn thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cả về kỹ thuật lẫn kinh tế . Việc tính chọn các thiết bị càng chính xác tỉ mỉ bao nhiêu thì hệ thống sẽ làm việc chính xác , an toàn bấy nhiêu đồng thời đảm bảo hiệu suất cao . Nếu không tính chọ hoặc tính chọn không đúng hệ thống có thể không làm việc đợc hoặc làm việc không chất lợng . Có khả năng quá tải làm cháy hỏngthiết bị trong hệ thống , điều này cần thiết cho các thiết bị bán dẫn trong hệ thống thiết kế . II. Tính chọn mạch động lực 1. Chọn động cơ - Chọn động cơ một chiều kích từ độc lập với các thống số kỹ thuật nh sau : + Công suất định mức : P đm = 4,5 (KW) + Điện áp định mức : U đm = 220 (V) + Dòng điện định mức : I đm = 25,4 (A) + Điện trở phần ứng : R = 0,795 () + Điện cảm phần ứng : L = 0,0329 (H) GD 2 = 0,18 Kgm 2 2. Tính chọn các thyristor Để thyristor làm viẹc tin cậy an toàn thì các thyristor đợc chọn thoả mãn khi làm việc nặng nề nhất . Điều kiện chọn thyristor : U ngT 1,6 U ngmax I đm 1,2 I đm Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha nên sơ bộ điện áp thấp nhất của mộ pha thứ cấp MBA là : U 2 = 017,94 34,2 220 34,2 0 == d U (V) Khi tính đến sụt áp lới điện và điện trở trên các thyristor thì điện áp pha thứ cấp MBA phải là : U 2 = 34,2 0d U . k 1 .k 2 Trong đó : k 1 , k 2 là các hệ số tính đến khả năng sụt điện áp lới điện và sụt điện áp trên điện trở , điện trở thyristor . Chọn k 1 = 1,01 k 2 = 1,05 Khi đó : U 2 = 94,017.1,01 = 99,705 (V) Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha ta có : U vngmax = U vthmax = 1,6.244,226 = 390,762 (V) I đmT = 1,2I đm = 1,2. 25,4 = 30,48 (A) Tra sách điện tử công suất chọn thyristor do Liên Xô chế tạo có các thông số nh sau : Mã hiệu I tb (A) U nm (KV) U (V) toff (às) I g (A) U g (V) d i /d t (A/às) d u /d t (V/às) T= 50 50 1 1,3 10,5 0,9 3 100 100 3. Tính chọn MBA động lực - Máy biến áp động lực cung cấp điện áp cho BBĐ cầu 3 pha nên ta có : Công suất của MBA : S = U d . I d 3 = 220.25,4. 3 = 5852 (VA) Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức kinh nghiệm sau . Q = K Cf S (cm 2 ) Trong đó : K= 5 ữ 6 với MBA khô . S : Công suất biểu kiến của MBA (VA). C : Số trụ của MBA . f = 50 tần số nguồn xoay chiều . Q = 6 476,37 50.3 5852 = (cm 2 ) Điện áp dây thứ cấp MBA . U d = 3 .U f = 3 .99,705 = 172,7 (V) Tỷ số biến đổi của MBA là : K ba = 2 1 U U = 7,172 220 = 1,274 Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA. n 1 = m RQf U 44,4 1 Chọn mật độ từ cảm R m = 1,1 tesla n 1 = 1,1.10.476,37.50.44,4 220 4 = 240 (vòng) Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA. n 2 = ba K n 1 = 274,1 240 = 188 (vòng) Dòng điện sơ cấp MBA. I 1 = ba d K I 3 2 = 274,1 4,25 . 3 2 = 16,27 (A) Dòng điện thứ cấp MBA. I 2 = I d . 3 2 = 20,74 (A) 4. Tính chọn cuộn kháng san bằng . Để giảm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp và dòng điện trong BBĐ ta dùng cuộn kháng san bằng nối nối tiếp với động cơ : Hệ số san bằng : K sb = r v K K Tra bảng II -1 , II - 2 (sánh KTBĐ) với sơ đồ cầu ba pha ta có : K v = 0,057, K r = 2,5 . 10 3 K sb = 3 10.5,2 057,0 = 22,8 Điện cảm của cuộn dây san bằng đợc tính nh sau : L ck = xd sbd mI KU 1 2 Trong đó : m x số xung áp điện áp chỉnh lu trong một pha chu kỳ nguồn xoay chiều.Với sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì m x = 6 Do đó : L ck = f.2.6.4,25 1)8,22(.220 2 = 0,1047 (H) 5. Tính chọn mạch R-C bảo vệ cho Tiristor Mạch R-C mắc song song với thyristor để bảo vệ quá áp cho thyristor khi chuyển mạch giá trị của R và C đợc tính nh sau : Năng lợng tích luỹ đợc trên cuộn cảm phần ứng động cơ là : w = 2 1 (L + L ek ).I 2 nm Trong đó : I nm là dòng điện gia tốc trong mạch thờng lấy bằng dòng qua thyristor : I nm = 25,4 w = 2 1 (0,0329 + 0,1047)(25,4) 2 = 44,387 Tụ (thờng đợc chọn) C , )( 10 2 2 ã 3 thm Ukw w Trong đó : K = C W W W C là năng lợng phản kháng trên tụ C thờng lấy W C = 0,4 có C 3 2 3 10.037,0 )705,99.6.(4,0 10.387,44.2 = (F) Chọn tụ C 0,0037.10 -3 3,7 (àF) lấy : C = 4 (à F) Hiệu quả ngăn chặn sự cố của mạch bảo vệ R - C đặc trng bởi tỉ số = C L R 2 theo kinh nghiệm lấy = 0,65 ta có R = 2.0,65. .1,241 10.4 1376,0 6 = ( ) Chọn R = 250 () 6. Chọn máy phát tốc . Máy phát tốc là loại điện phát ra điện áp tỷ lệ tuyến tính với tốc độ quay của động cơ thờng đợc nối cứng trục hoặc thông qua hộp tốc độ vơí trục động cơ . Dùng để lấy phản hồi âm tốc độ Ta chọn máy phát tốc có các thông số sau Mã hiệu U đm (V) I đm (A) L đm (v/p) R ( ) T32/1 230 0,5 1000 7,34 Ta nối máy phát tốc với trục dộng cơ thông qua hộp tốc độ có tỷ số truyền là i : 3 2 1500 1000 === dc FT n n i 156,0 1000 34,7.5,0230 * 3 2 * . = + = + = i n RIU K dmFT FTudmFTdmFT F Vì U cđ - n 0 hay = n U cd lấy U cđ = U các = 15 (V) ta có : = == 1500 15 n U cd 0,01 III. Tính chọn thiết bị ở mạch điều khiển. 1. Tính chọn thiết bị trong khối đồng bộ hoá. Đối với R 1 và C ta thấy từ giản đồ vecto ở tren của mạch dịch pha so với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là 30 0 Khi đó ta có điện áp trên tụ C và điện trở R 1 là : U R1 = U a . cos60 0 = 2 1 U a (1) U C = U a . sin60 0 = 2 3 U a (2) Từ (1) và (2) ta có : 3 1 = R C U U (3) Vì mạch R 1 -C là mạch mắc nối tiếp nên ta có thể coi dòng điện chạy qua điện trở R 1 cũng nh tụ C ta có U C = I.X C = I. fC I C 2 1 . 1 = (1') U R =I.R (2 ' ) Thay (1') và (2') vào (3) ta đợc : Cf R RCf 32 1 3 1 * .2 1 1 1 == Chọn C = 1 àF = 10 -6 F ; f = 50 Hz )(84,1 50.14,3.3.2 10.1 6 1 == KR Các Tranzitor trong sơ đồ ta chọn những loại có dòng nhỏ nên ta chọn Tranzitor chế tạo bằng Silic Vậy Tr 1 Tr 2 Tr 4 là loại Tranzitor NPN nên ta chọn loại 2SC828 còn Tr 3 là loại Tranzitor PNP 2SB562 Tacó thể chọn điện áp đồng bộ U đb = 24(V) khi đó ta có điện áp trên tụ C và điện trở R 1 là : U R1 = 2 1 U đb = 12 (V) U C = 2 3 U đb 10 (V) Mặt khác ta có hệ số khuếch đại : = B C I I mà I C = C CC R U ; I B = B BECC R UU R c = C CC I U ; R B = B BECC I UU hay R B = C BECC I UU )( Vậy để dòng Colecto không vợt quá giá trị cho phép thì ta chọn R: R 1 = R 5 mà vứi 2SC828 có : = 200 ; I C = 0,05 (A) R 3 = R 4 = R 5 15/0,05 = 300 ( ) Chọn R 3 = R 4 = R 5 = 500 ( ) Đồng thời ta có : R B = 05,0 )6,010(200 )( = C BECC I UU Để dòng Coleto của Tr 3 không vợt quá giá trị cho phép thì ta có thể chọn R 6 C I U = 3 (K) Chọn R 6 = 3,5 (K) Ta có phơng trình điện áp tức thời trên tụ C nh sau : U C = 2 U sint , với U C là điện áp tức thời trên tụ C U là điện áp hiệu dụng trên tụ C (U = 10 (v) ) Nên khi tại thời điểm Tranzito bắt đầu mở bão hoà thì giá trị điện áp đúng bằng ngỡng mở của Tranzito U C = 0,6 (V) 0,6 = 2 .10 .U.sint sint = 0,42 t = 0,013 t = 0,13.10 -3 (s) Vậy thời gian tồn tại xung đồng bộ U db0 là : t = 2.0,13.10 -3 = 0,26 .10 -3 (s) 2. Tính chọn thiết bị trong mạch phát sóng răng c a . Với khuyếch đại thuật toán A 1 ta chọn à A741 ; U CC = 15 (V) Biên độ điện áp răng ca lớn nhất là 13 (V) Từ giản đồ điện áp ta thấy khoảng thời gian tồn tại sờn trớc của răng c- a bằng khoảng cách giữa 2 xung đồng bộ (U db0 ) Mặt khác khoảng thời gian tồn tại điện áp đồng bộ (U db0 ) là rấy nhỏ (t = 0,26.10 -3 (s)) . Nên để rễ ràng khi tính toán ta có thể coi khoảng thời gian tồn tại sờn trớc của điện áp răng ca là : 0 ữ , Trong khoảng từ 0 ữ ta có t 2 = t 2 = 0,01 (s) Khi đó từ biểu thức (1) ta có : U RC = )( 12 110 tt CR U CC với t 1 = 0 R 10 = 2 110 t CR U CC (2) Chọn C = 0,2à F = 0,2.10 -6 (F) Thay số vào (2) ta có : R 10 = 75 (K) Đói với mạch này thì Tranzitor phải có dòng rò nhỏ nên Tr 5 ta chọn loại chế tạo bằng silic loại 2SC468 . R 7 , R 8 , R 9 là cầu phân áp và định thiên cho sự đóng mở của Tr 5 là -U CC < 0 làm cho Tr 5 khoá chắc chắn đến thời điểm điện áp đồng bộ U db0 = 1 đa qua R 8 để phan cực thuận cho Tr 5 mở bão hoà Vì thế ta chọn R 7 = R 9 = 47 (K ) Mặt khác = I C / I B I B = I C / = 0,2/60 mà điện áp đồng bộ mang mức logic "1" tơng ứng với mức điện áp là 5 (V) ta có thể chọn R 8 2,0 60).6,05( 0 = B BEdb I UU = 1,3 (K) Vậy ta chọn R 8 = 1,5 (K) - Tính chọn MBAX Chọn vật liệu sắt từ 9330 lõi thép dạng hình chữ làm việc trên một phần đặc tính từ hoá B = 0,7 Tesla , H = 50 A/m , có khe hở - Từ thẩm của lõi sắt à = B/à 0 .H = 0,7/10 -6 .50 = 1,4.10 4 Vì có khe hở nên ta phải tính từ thẩm trung bình . Sơ bộ ta có thể chọn chiều dài trung bình của đờng sức l = 0,1 (m ) , khe hở l = 1 (cm) Thể tích lõi sắt V = Q.L = 2 20 B UISt xtb àà Trong đó Q là tiết diện lõi sắt từ t x là khoảng thời gian tồn tại xung I 2 dòng điện thứ cấp quy đổi sang sơ cấp S là mức độ sụt biên độ xung có thể lấy S = 0,15 V = (5,8 .10 -3 .10 -6 .8.10 -5 .0,15.24.0,2)/ 0,7 2 = 68.10 - 8 (m 3 ) Chọn V = 16,35 (cm 3 ) tra bảng ta đợc các số liệu sau Q = 1,63 (cm 2 ) ; l = 10,03 (cm) ; a = 1,2 (cm) ; h = 3 (cm) ; c = 1,2 (cm) ; C = 4,8 (cm) ; H = 4,2 (cm) ; B = 16 (cm) Ký hiệu lõi thép 12.16 . Khi đó ta có số vòng sơ cáp biến áp xung . W 1 = KQB tU x . 1 T x : (s) ; B : (Tesla) ; Q : (m) K : hệ số chất đầy U 1 : điện áp sơ cấp biền áp xung W 1 = 7,14 76,0.10.63,1.7,0 10.8.16 4 5 = (vòng) = 15 (vòng) Số vòng thứ cấp W 2 = 8 15 15.8 . 1 1 2 ==W U U (vòng) . 3. Tính chọn thiết bị khối lôgic. R 6 hạn chế đầu vào KĐTT A 1 , ta chọn R 6 = 47 (k ) R 7 hạn chế biên độ điện áp ra A 1 chọn R 7 = 10 (K ) D 1 , D 2 : chọn loại IN 4007 C : chọn C = 0, 22 à F , KĐTT thì A 1 loại à A 741 Các phần tử NAND chọn loại 74D 1 / 74LS01 IV. Hệ số khuyếch đại của hệ thống 1. Xác định tham số mạch phần ứng động cơ 1.1 Điện trở trong mạch phần ứng R = a.(R + R ct ) Trong đó a = 1 + b( 21 + ) , hệ số quy đổi điện trở ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20 0 C về nhiệt độ làm việc max là 75 0 C . B = 0,004 hệ số đối với dây quấn a = 0,004(75 0 - 20 0 ) + 1 = 1,2 R = 0,795 ( ) điện trở dây quấn phần ứng R CT Điện trở chổi than và điện trở tiếp xúc thờng đợc chọn theo tiêu chuẩn hoặc sụt áp tren nó : U CT = 2 (v) R CT = U CT /I đm = 2/25,4 = 0,079 ( ) R = 1,2.(0,795 + 0,079 ) = 1,05 ( ) [...]... chỉnh + Thời gian điều chỉnh + Số lần giao động ở các hệ thống điều chỉnh tự động , cấu trúc mạch điều chỉnh và thông số của các bộ điều khiển có ảnh hởng lớn đến chất lợng của hệ vì vậy khi thiế kế ta phải thực hiện các bài toán nhằm đáp ứng các yêu cầu đặt ra Đôi với bộ điều chỉnh dịch cực của lò hồ quang dùng hệ thống T - Đ có đảo chiều với hai bộ chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển mắc song song... thống đợc thiết kế ta cần xét sự ổn định và phân tích chất lợng hệ thống sau đó hiệu chỉnh để hệ thống làm việc tối u Chất lợng của hệ thống điều khiển tự động dợc thể hiện trong trạng thái động và tĩnh - Trạng thái tĩnh yêu càu quan trọng nhất là độ chính xác điều chỉnh - Trạng thái động các yêu càu về độ ổn định và các chỉ tiêu về chất lợng động nh sau : + Độ quá điều chỉnh + Tốc dộ điều chỉnh + Thời... 9,55 = K t Kt = 9,55(U R I ) n Ta có KE = 9,55.K = U dm R I dm 220 1,05.25,4 = 0,129 KE = ndm 1500 2 Hệ số khuyếch đại động cơ KĐ = 1/KE = 1/0,129 = 7,75 3 Hệ số khuyếch đại bộ biến đổi Hệ số khuyếch đậi bộ chỉnh lu có điiêù khiển đợc tính K = U d U dk để tính đợc K thì ta có thể sử dụng phơng pháp đồ thị.Từ biểu thức tính điện áp ra mạch chỉnh lu có điều khiển( cầu 3 pha) Ud= 3 6 U0.cos Ta... 193 (K) R2 = 7,75 (K) III.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ Khi đã hiệu chỉnh ở mạch vòng dòng điện thì ta có hàm truyền của hệ kín mạch vòng dòng điện là : 1 1 WKI = 212P2 + 21P +1 Vì vậy ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ Ucđ R 1 2 2 21 P + 21P +1 Từ sơ đồ cấu trúc ta có R KĐ W02 (P) = (222P2 + 22P +1)TMP Vì 1 = 0,00333 nhỏ nên ta có thể bỏ qua 212P2 7,38 W02 (P) = (0,00666P + 1)P Theo phơng pháp... 4 Xây dựng mối quan hệ Ud = f() Điện áp ra của mạch chỉnh lu có điều khiển Ud = 3 6 3 6 U 0 cos = 99,7 cos = 233,3 cos 3,14 Để xây dựng đồ thị miêu tả mối quan hệ Ud = f() thì ta cho () thay đổi và ứng với mỗi góc mở thì ta đợc một giá trị tơng ứng của Ud 0 (rad) Ud (V) 0 0 233,3 30 /6 202,04 45 /4 164,97 60 /3 116,565 75 5/12 60.38 90 /2 0 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ud = f() Ud (V) 233,3 202,04... gian Ta có KY K KĐ = K K 26081,05 KY = K K = 25,38.7,75 = 132,6 D U 13 bh = = 1857,49 K = U 15 0,01.1499,3 cd max n ng Ki = Ky K = 132,6 = 0,071 1857,14 Phần Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống I Khái quát : Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hởng của nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức.Tính ổn định của hệ thống có thể quay... độc lập nên tại một thời điểm chỉ có một bộ chỉnh lu làm việc nên một cách tổng quát ta chỉ xét cho một bộ thuận (hoặc ngợc ) Khi đó với bài toán tổng hợp và xét ổn định hệ thống thì ta chỉ cần xét hệ thống T -Đ không đảo chiều ở đây ta dùng phơng pháp mô đun tối u để tổng hợp , xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Nội dung của phơng pháp này nh sau II Thành lập sơ đồ cấu trúc và xây dựng hàm truyền... hiệu chỉnh hệ thống III Hiệu chỉnh hệ thống Trong quá trình thiết kế ta chỉ quan tâm tới hệ số khuyếch đại của mạch khuyếch đại trung gian mà cha quan tâm tới tính ổn định của hệ thống Vì vậy , để hệ thống ổn định và nâng cao chất lợng của hệ thống ta sẽ hiệu chỉnh lại mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ III.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện Khi ta bỏ qua sức điện động của động cơ thì sơ đồ cấu... dm n = 1 dm n0 max n0 max n n0max = dm thay vào (1) ta có 1 St S t n dm n = (2) (1 S t ) D St = Xét sơ đồ cấu trúc của hệ thống ở chế độ tĩnh R Ucđ (-) Ky KĐ K Từ sơ đồ cấu trúc ta có : n = [(Ucđ - n).Ky K IƯ.R] KĐ hay Ucđ.Ky.K KĐ IƯ.R KĐ n= 1+ KY.K KĐ 1+ KY.K KĐ Với n0 = n = Ucđ.Ky.K KĐ 1+ KY.K KĐ IƯ.R KĐ 1+ KY.K KĐ Từ (2) và (3) ta có (3) (2') IƯ.R KĐ n = Đặt St nđm = 1+ KY.K KĐ (1 - St)D... 1 cm ( ) 40 v 1 cm à= ( ) 1 rad à Ud = Ud(V) Uđk 233,3 202,04 164,97 116,65 60,38 Ud 2,17 3,25 4,34 5,42 6,5 Từ đồ thị trên để dễ tính toán ta tuyến tính hoá đờng cong coi hệ số Khuếch đại là một hằng số U d 164,97 Khi đó ta có k = U = 6,5 = 25,38 dk 7 Hệ số khuyếch đại của hệ thống Ta có : Với: n = S x n0 min = St n0 max D (1) Uđk(V) + n0min ,n0max : tốc độ không tải lý tởng ứng với đờng đặc tính