thiết kế hệ truyền động cho thang máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
----------

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT CHIỀU CHO MÁY
BÀO GIƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Mạnh Tiến
Sinh viên thực hiện:

Vũ Ngọc Cẩm

Lớp:

ĐK & TĐH 03 ,K57

MSSV:

20121296

Hà Nội - 2016


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 2
Chương 1: Đặc điểm công nghệ và truyền động máy bào giường ........................................ 3
1.1.Đặc điểm công nghệ ..................................................................................................... 3
1.2 .Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy bào giường. .... 6
1.2.1. Truyền động chính ................................................................................................ 6

1.2.2. Truyền động ăn dao. ............................................................................................. 6
1.2.3. Truyền động phụ................................................................................................... 7
Chương 2. Tính chọn công suất động cơ và lựa chọn, tính toán mạch lực........................... 8
2.1 Tập hợp các số liệu ban đầu ......................................................................................... 8
2.2. Tính chọn công suất động cơ ...................................................................................... 8
2.3.Lựa chọn, tính toán mạch lực ....................................................................................... 9
2.3.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập ................................................................ 9
2.3.2.Lựa chọn phương pháp đảo chiều động cơ.......................................................... 11
2.4.Tính toán thiết bị mạch động lực ............................................................................... 18
2.4.1.Tính chọn van động lực ....................................................................................... 18
2.4.2. Tính chọn máy biến áp. ...................................................................................... 19
2.4.3 Tính toán góc mở α.............................................................................................. 21
2.4.4 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện ................................................................... 22
2.4.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ ..................................................................................... 23
Chương 3. Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển và tổng hợp tham số mạch điều chỉnh 25
3.1 Xây đựng cấu trúc hệ thống điều khiển ..................................................................... 25
3.2.Tổng hợp mạch vòng dòng điện ................................................................................. 25
3.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ ....................................................................................... 27
3.4 Mô phỏng bộ điều khiển bằng Matlab- Simulink ...................................................... 28
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 31

1


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với quá trình công nghiệp hóa đất nước, yêu cầu tự động hóa trong
máy sản xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuất sản
xuất cao. Mặt khác, với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày
càng cao và nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi những sản phẩm sản xuất ra độ
chính xác và độ thẩm mỹ cao.

Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loại
luôn đòi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như có khả năng tự động hóa cao,
độ chính xác tuyệt đối. Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết
cấu gọn nhẹ, hiệu suất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo kinh tế.
Trong đồ án chuyên ngành này, em được giao làm đề tài “ thiết kế hệ truyền
động một chiều cho máy bào giường ” . Đồ án của em gồm 3 chương như sau:
Chương 1. Đặc điểm công nghệ và truyền động máy bào giường.
Chương 2.Tính chọn công suất động cơ và lựa chọn, tính toán mạch lực.
Chương 3.Xây dựng cấu trúc điều khiển và lựa chọn tham số điều chỉnh
Được sự hướng dẫn tận tình và cung cấp những tài liệu cần thiết của thầy
giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức rộng
và thực tế còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu xót. Em
mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để bản đồ án của em hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của thầy TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã giúp em
hoàn thành đồ án này!

Hà Nội, ngày 5 tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Vũ Ngọc Cẩm

2


Chương 1: Đặc điểm công nghệ và truyền động máy bào
giường
1.1.Đặc điểm công nghệ
Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn máy có
thể từ 1,5 đến 12m. Tùy thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy
bào giường thành ba loại:

-

Máy cỡ nhỏ: Lb < 3m, lực kéo Fk = 30 ÷ 50 kN;

-

Máy cỡ trung bình : Lb = 4 ÷ 5m, lực kéo Fk = 50 ÷ 70 kN;

-

Máy cỡ nặng : Lb > 5m, Fk > 70 kN.

Hình 1.1 Hình dạng bên ngoài máy bào giường
Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kì lặp đi
lặp lại , mỗi chu kì gồm 2 hành trình thuận và ngược. Ở hành trình thuận thực hiện
gia công chi tiết nên gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình ngược , bàn máy về vị trí
ban đầu, không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành
trình ngược thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn
dao s (mm/ hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy là chuyển
động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động

3


ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong
hành trình không tải.

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ của máy bào giường
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến tốc độ
vo = 5 ÷ 15m/ph ( tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1. Sau khi chạy ổn định

với tốc độ vo trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết. Bàn máy tiếp tục
chạy với tốc độ ổn định vo cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc đến tốc độ vth.
Trong thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ vth và thực hiện gia công chi tiết.
Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến vo, dao được ra khỏi chi
tiết khi tốc độ bàn là vo. Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc
độ vng, thực hiện ành trình không tải đưa bàn máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành
trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến vo, đảo chiều sang hành trình thuận thực
hiện một chu kỳ khác.
+ Vth = 5 ÷ (75 ÷ 120) m/ph.
+ Vmax = (75 ÷ 120) m/ph.
+ Để tăng năng suất của máy, tốc độ hành trình ngược thường chọn lớn hơn tốc
độ hành trình thuận : Vng = k. Vth (thường k = 2 ÷ 3).
+Năng suất của máy phụ thuộc vào hành trình kép trong một đơn vị thời gian :
n=

1
1
=
TCK tth+tng
4


Trong đó:
TCK - thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy, [s].
tth - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận, [s].
tng - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược, [s].
Ta có : n = (

)

Trong đó:
L = Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng – chiều dài hành trình bàn máy;
k=

Vng
– tỉ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận;
Vth

tdc – thời gian đảo chiều bàn máy;
Khi tăng k >3 thì năng suất máy tăng không đáng kể vì lúc đố thời gian đảo
chiều tdc lại tăng. Nếu chiều dài bàn Lb >3m thì tdc ít ảnh hưởng đến năng suất mà
chủ yếu là k. Khi Lb bé, nhất là khi tốc độ thuận lớn Vth = (75 ÷ 120)m/ph thì tdc ảnh
hưởng nhiều đến năng suất. Vì vậy một trong các điều cần chú ý khi thiết kế truyền
động chính máy bào giường là phấn đấu giảm tdc.
Một trong các biện pháp để đạt mục đích đó là xác định tỷ số truyền tối ưu
của cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy khởi động với
gia tốc cao nhất.
Xuất phát từ phương trình chuyển động trên trục làm việc:
Mi – Mc = (JĐ.i2 + Jm).

dωm
dt

Ta có gia tốc của trục làm việc:
dωm
M.i - Mc
=
dt
JĐ.i2 + Jm
Lấy đạo hàm của gia tốc và cân bằng với không :

(

)

=0

Ta tìm được tỉ số truyền tối ưu là :
it.ư =

Mc
+ (
M √

)

với giả thiết M, Mc là không đổi.

5


Nếu coi Mc = 0 thì ta có it.ư = √
Việc lựa chọn tỷ số truyền tới ưu ở máy bào giường là khá quan trọng. Thời gian
quá trình quá độ phụ thuộc vào momen quán tính của máy.

1.2 .Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy
bào giường.
1.2.1. Truyền động chính
Phạm vi điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy (tốc độ lớn
nhất trong hành trình ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất
trong hành trình thuận).

D=

Vmax Vng.max
=
Vmin Vth.min

Trong đó:
Vng.max – tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường
Vng.max = 75 ÷120 m/ph.
Vth.min – tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường
Vth.min = 4 ÷ 6 m/ph.
Như vậy D = (12,5 ÷ 30)/1.
Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ
không đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ
truyền với độ tác động cực đại.

1.2.2. Truyền động ăn dao.
Làm việc có tính chất chu kì, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần ( từ thời
điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc trước khi dao
cắt vào chi tiết).
Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = ( 100 ÷ 200)/1. Lượng ăn dao cực đại
có thể đạt tới (80 ÷ 100) mm/hành trình kép.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt 1000 lần/giờ.

6


Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di
chuyển làm việc và di chuyển nhanh.Truyền động ăn dao thường được thực hiện

bằng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và hộp tốc độ.
Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng hệ trục vit – ecu
được tính như sau:
S = ωtv.t.T
Và đối với hệ truyền động bánh răng - thanh răng.
S = ωbr.z.t.T
Trong đó:
ωtv, ωbr - tốc độ góc của trục vit, bánh răng, 1/s.
z – số răng của bánh răng.
t- bước răng của trục vit hoặc thanh răng, s.
T – thời gian làm việc của trục vit hoặc thanh răng , s.

1.2.3. Truyền động phụ
Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng đầu dao
trong hành trình ngược, được thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và nam châm
điện.

7


Chương 2. Tính chọn công suất động cơ và lựa chọn,
tính toán mạch lực
2.1 Tập hợp các số liệu ban đầu
-

Tốc độ hành trình thuận (Vth)
Tốc độ hành trình ngược (Vng)
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện (ρ=v/ω)
Hiệu suất định mức của cơ cấu(η)
Hệ số ma sát trượt giữa bàn và gờ trượt(µ)

Chiều dài hành trình bàn (Lb)
Khối lượng bàn
Lực cắt (Fz)
Khối lượng chi tiết

25 [m/ph]
60 [m/ph]
0,006 [m]
0,81
0,081
6 [m]
600 [kg]
30 [kN]
500[kg]

2.2. Tính chọn công suất động cơ
Fy = 0,4 Fz = 0,4.30 = 12 kN
Lực kéo tổng:

Fk = Fz + ( Gb + Gct + Fy ). µ
= 30000 + [9,81.( 600 + 500 ) + 12000].0,081 = 31,846(kN)

Công suất đầu trục động cơ khi cắt chính là công suất động cơ trong hành trình
thuận:
Pth =

Fk.Vth
=
60.1000.η

= 16,38 (kW)

Vì hệ thống truyền động điện là bộ biến đổi – động cơ điện một chiều BBĐ – Đ
(BBĐ có thể là bộ chỉnh lưu dùng thyristor, máy phát một chiều v.v…) và điều
chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ điều chỉnh điện áp phần ứng thì động cơ
phải chọn theo Ptt :
Ptt = Pth .

Vng
60
= 16,38.
= 39,312(kW)
Vth
25

Tốc độ hành trình thuận là 25 [m/ph] , ωth =

vth

ρ

=

= 69,4 rad/s

Tốc độ vào dao hành trình thuận là 10[m/ph], ωth0 =
Pth0 =

Fk.V0
=

60.1000.η

= 27,78 rad/s

= 6,55 (kW)

Tốc độ hành trình ngược là 60[m/ph] , ωng =

8

vng

ρ

=

= 166,7 rad/s.


Có như vậy, động cơ mới có thể đảm bảo được dòng điện cực đại trong hành
trình thuận với điện áp phần ứng không lớn, đồng thời tốc độ cao trong hành trình
ngược.
Điều kiện chọn động cơ: động cơ có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng
công suất tính toán lớn nhất: Pđm ≥ Pttmax.
Chọn động cơ một chiều π – 91, có các thông số sau:
Pđm = 55 kW
Uđm = 220 V
Iđm = 287 A
nđm = 1500 v/p
Rư = 0,0412 Ω

Lư = 0,0029 H
J = 5,9 Kg.m2
ωđm =
Ta có : KФđm =

=

= 157,07 rad/s

=

= 1,33(V/rad/s)

2.3.Lựa chọn, tính toán mạch lực
2.3.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có cấu tạo gồm 2 phần riêng biệt: phần cảm
bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông ϕ, phần ứng là phần quay
nối với điện áp lưới qua vành góp và chổi than. Tác động giữa từ thông ϕ và dòng
điện phần ứng Iư tạo nên mômen quay động cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn
phần ứng cắt qua từ thông ϕ tạo nên suất điện động Eư.

9


Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Phương trình đặc tính cơ
Từ phương trình cân bằng điện áp
Uư = Eư + ( Rư + Rf ).Iư

(2-1)

Trong đó: Uư - điện áp phần ứng, V
Eư – sức điện động phần ứng, V
Rư + Rf - điện trở mạch phần ứng và điện trở phụ, Ω
Iư – dòng điện mạch phần ứng, A
Eư =

pN
Фn
60a

(2-2)

p – số đôi cực từ chính
N – tổng số thanh dẫn phần ứng
a – số đôi mạch nhánh song song
Ф - từ thông kích từ dưới một cực từ
Nếu bỏ qua tổn hao trên trục động cơ và tổn hao thép thì mômen trên trục động cơ
bằng mômen điện từ :
M = Mđt = K.ϕ.Iư (2-3)
Từ các phương trình (2-1), (2-2),(2-3) ta có phương trình đặc tính cơ :
ω=

U Rư+Rf
M
Kϕ (Kϕ)2

10

Tốc độ không tải lý tưởng ωo và độ cứng β : ωo =

U
(Kϕ)2
;β=
Kϕ
Rư+Rf

Hình 2.2 Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Ta thấy rằng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là tuyến tính nên dễ
dàng điều khiển tốc độ, để điều khiển tốc độ ta có thể điều chỉnh điện áp nguồn cấp
cho phần ứng U, từ thông ϕ hay dòng kích từ Ikt và điện trở phần ứng. Về việc đảo
chiều động cơ ta có thể đảo chiều dòng phần ứng hoặc dòng kích từ Ikt .
Với máy bào giường, việc ổn định tốc độ bàn máy là điều quan trọng đầu tiên để
đảm bảo chất lượng của chi tiết gia công, mà động cơ điện một chiều lại có cấu trúc
mạch động lực và mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt được chất lượng
điều chỉnh cao do đặc tính cơ điều chỉnh là tuyến tính, dải điều chỉnh tốc độ rộng
hơn các loại động cơ khác nên chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập là tối
ưu.
2.3.2.Lựa chọn phương pháp đảo chiều động cơ.
2.3.2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều:
-

Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ

-

Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động

11


cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi
chính:
-

Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại ( MĐKĐ)

-

Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)

-

Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: Chỉnh lưu tiristo (CLT)

-

Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristo hoặc tranzito (BBĐXA).

Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như:
-

Hệ truyền động máy phát động cơ(F-Đ)

-

Hệ truyền động máy khuếch đại- động cơ(MKĐ – Đ)

-

Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT – Đ)

-

Hệ truyền động chỉnh lưu tiristo – động cơ ( T- Đ)

-

Hệ truyền động xung áp động cơ (XA –Đ)

Để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều ta có thể thay đổi điện áp phần ứng hoặc
thay đổi từ thông.
 Điều chỉnh điện áp phần ứng
Để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt lên
động cơ ta phải giữ nguyên Φ = Φđm và điện trở phần ứng Rư = const.

Hình 2.3 Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.
Khi điện áp thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 =

U
thay đổi và độ cứng
KΦ

β không đổi, do đó ta được họ đặc tính cơ song song với nhau như hình vẽ.

12


Hình 2.4 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi điện áp
Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là:
-

Điện áp U càng giảm thì tốc độ càng nhỏ và chỉ có thể điều chỉnh tốc độ
dưới tốc độ định mức.

-

Độ sụt tốc trên toàn dải điều chỉnh ứng với một momen là như nhau. Độ sụt
tốc lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh, do vậy sai số tốc độ
tương đối không vượt quá sai số cho phép thì hệ làm việc ổn định trong toàn
dải điều chỉnh.

-

Dải điều chỉnh tốc độ phương pháp này tương đối lớn D ≈ 10/1

-

Nhược điểm của việc điều khiển điện áp là dùng bộ biến đổi khá phức tạp

 Điều chỉnh từ thông.
Để điều chỉnh từ thông ta thay thay đổi dòng điện kích từ Ikt, giữ nguyên điện áp
cấp cho mạch phần ứng U = Uđm = const và điện trở Rư = const. Từ phương trình

đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi từ thông Φ thì tốc độ không tải và độ cứng đều thay
đổi.
ω0 =

U
(KΦ)2
; β=
KΦ
Rư

Khi giảm từ thông Φ thì tốc độ không tải tăng nhưng độ cứng lại giảm và ta
được họ đặc tính cơ như sau:

13


Hình 2.5 Đặc tính của động cơ một chiều khi thay đổi từ thông mạch kích từ
Nhưng do cấu trúc của máy một chiều mà ta chỉ có thể điều chỉnh giảm từ
thông, tuy nhiên khi từ thông giảm nhỏ quá thì tốc độ động cơ tăng quá lớn và vượt
quá giới hạn cho phép hoặc làm điều kiện chuyển mạch xấu đi do dòng phần ứng
tăng cao. Để chuyển mạch xảy ra bình thường thì cần giảm dòng phần ứng và như
vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm đi rất nhanh, dẫn đến động
cơ bị quá tải. Khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ có họ đặc tính
và một số đặc điểm sau:
-

Độ cứng đặc tính cơ giảm khi từ thông giảm, các đặc tính cơ cắt nhau nên
thực tế phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với định
mức.

-

Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh thực hiện ở mạch kích từ nhỏ
nên tổn thất công suất khi điều chỉnh bé.

-

Nhược điểm của việc điều chỉnh từ thông là hằng số thời gian của cuộn kích
từ Tk lớn, đặc tính từ hóa phi tuyến mạnh và phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp.

-

Chịu tác động nhiều của nhiễu phụ tải, ngoài ra từ dư của động cơ có ảnh
hưởng xấu đến các hệ truyền động có đảo chiều bằng kích từ.

Tóm lại: điều khiển động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư là có
chất lượng điều chỉnh tốt nhất, trước hết nó có khả năng điều chỉnh triệt để trong bất
kỳ vùng phụ tải nào. Đặc tính cơ nó mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên và cứng hơn đặc
tính cơ biến trở. Vì vậy phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá
tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng không cao. Để thay đổi điện áp

14


phần ứng động cơ thì mạch lực cần bộ biến đổi, ta chọn hệ truyền động tiristo –
động cơ một chiều.
2.3.2.2 Phương án đảo chiều động cơ
Ta sử dụng hệ T –Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển riêng.Trong đó
mạch lực gồm 6 cặp tiristor nối song song ngược tạo nên hai bộ biến đổi, một bộ
làm việc theo chiều thuận bộ kia làm việc theo chiều ngược.

Hình 2.6 Mạch lực hệ T-Đ đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi điều khiển riêng

15




Diễn biến quá trình đảo chiều: được trình bày trên hình 2.7 là quá trình đảo
chiều từ thuận sang ngược. Hệ sẽ chuyển trạng thái làm việc qua ba góc
phần tư xảy ra 5 giai đoạn.
Giai đoạn 1: ở góc phần tư I : quá trình giảm điện áp chỉnh lưu, dòng điện

giảm về không và khóa bộ BBDD1.
Giai đoạn 2: Thời gian chết T0 , động cơ quay tự do. Mục đích của giai đoạn
này là để kiểm tra an toàn khóa chắc chắn BBĐ1 đã khóa hoàn toàn. Vì vậy T0
được tính bằng thời gian dẫn của tiristor.
T0 =

20
(ms) , m là số xung chỉnh lưu.
m

Giai đoạn 3: Hãm tái sinh bộ BBĐ2 mở chế độ nghịch lưu Pđ = E.Id > 0 phát
năng lượng, Pb = Ed.Id < 0 thu năng lượng ở giai đoạn này cần điều khiển Ed sao cho
tốc độ suy giảm phù hợp với quán tính cơ động cơ nhằm giữ dòng hãm không đổi
trong giới hạn cho phép.
Giai đoạn 4: Hãm ngược. Ở vùng tốc độ thấp E nhỏ, BBĐ2 phải chuyển sang độ
chỉnh lưu với giá trị Ed vừa đủ để hãm tốc độ động cơ về không và khởi động theo
chiều ngược.

Giai đoạn 5: Khởi động theo chiều ngược

16


Hình 2.7 Diễn biến quá trình đảo chiều

Hình 2.8 Đặc tính cơ đảo chiều động cơ
17




Quá trình hãm tái sinh khi giảm tốc độ:

Khi giảm tốc độ đặt, sai lệch tốc độ đặt và tốc độ thực đổi dấu,Logic L1 đổi dấu
phát lệnh đảo chiều quay. Giai đoạn 1 và 2 tương tự như khi đảo chiều. Giai đoạn 3
khi hệ thực hiện hãm tái sinh tốc độ suy giảm đến bằng hoặc nhỏ hơn giá trị đặt. Bộ
biến đổi hai sẽ tăng áp nghịch lưu dòng điện hãm sẽ giảm dần về không. Điều khiển
cắt bộ biến đổi 2. Sau khi thời gian an toàn T0(thời gian dòng điện không). Bộ biến
đổi một được làm việc ở chỉnh lưu đưa hệ vào làm việc ở góc phần tư thứ nhất.
Như vậy khi giảm tốc độ sẽ thay đổi qua 5 giai đoạn.trong đó giai đoạn 3 là hãm
tái sinh.

Hình 2.9 Đặc tính cơ quá trình giảm tốc độ.

2.4.Tính toán thiết bị mạch động lực
2.4.1.Tính chọn van động lực
 Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu :
Ung.max = knv.U2 = knv.

Ud
=
.
ku √

= 230,29 V

Với knv : hệ số điện áp ngược van.
ku :hệ số điện áp chỉnh lưu.
Điện áp ngược van cần chọn :
18


Unv = kdtU. Ung.max = 1,7.230,39 = 391,663 V
Trong đó kdtU = 1,7 là hệ số dự trữ điện áp, với kdtU = (1,6 ÷ 2).
 Dòng điện làm việc của van
Ilv = Ihd = khd.Iđm =

√

.287 = 165,70 A

( Do trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng hiệu dụng : khd =

√

)

Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tỏa nhiệt với đầy đủ diện tích tỏa

nhiệt, không có quạt đối lưu không khí.Với dòng điện định mức van cần chọn:
Iđm = ki.Ilv = 3,2.165,70 = 530,24 A
( ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn ki = 3,2)
Để có thể chọn van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên,
chúng ta tra bảng thông số các van (Thyristor) chọn các van có thông số điện áp
ngược (Unv), dòng điện định mức ( Iđmv) lớn hơn gần nhất với các thông số tính
được ở trên.
Từ các thông số trên chọn van T568 N có :
Dòng điện trung bình Itb = 568A.
Umax = 200 ÷ 600 V
Sụt áp trên van là ΔU = 1,76V
Thời gian phục hồi tph = 200 µs.
Uđk = 1,4V ; Iđk = 150 mA.
2.4.2. Tính chọn máy biến áp.
+) Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí tự
nhiên.
+) Tính các thông số cơ bản
 Điện áp sơ cấp: U1 = Ulưới= 380(V) do sơ cấp đấu ∆.
 Điện áp pha thứ cấp : Udo.cosαmin = Uđm + 2∆Uv + ∆Uba + ∆Udn
α = αmin =

– góc dự trữ khi có suy giảm điện lưới.

+ΔUv = 1,76V - sụt áp trên mỗi thyristor
+∆Udn ≈ 0 là sụt áp trên dây nối.
+ ∆Uba là sụt áp trên máy biến áp, chọn
19


∆Uba = 6% Uđm =0,06.220 = 13,2 V

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có :
Ud0 =

=

= 240,37 V

Điện áp định mức cuộn thứ cấp máy biến áp
U2 =

=

= 102,72 V

 Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp:
I2 = k2.Id = 0,82.287 = 235,34 A
Tỉ số máy biến áp : kba =

U1
=
U2

= 3,7.

 Dòng điện sơ cấp máy biến áp :
I1 =

I2
=
kba

.235,34 = 63,62 A

 Xác định công suất tối đa của tải:
Pdmax = Ud0. Id = 240,37.287 = 68,986 kW
 Công suất biến áp nguồn cấp :
Sba = ks.Pdmax = 1,05.68,986 = 72,435 kVA.
+) Tính sơ bộ mạch từ :
Tiết diện trụ : QFe = kQ.√
Trong đó:
KQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6.
m là số trụ máy biến áp (m = 3)
f là tần số xoay chiều (f = 50 Hz).

20


= 131,85 ( cm2 )

Thay số ta được QFe = 6.√
Coi f = 50Hz, chọn B = 1 Tésla
Số vòng dây mỗi cuộn:
W1 =

W2 =

=
W1
=
kba

= 130 (vòng )

.130 = 35 (vòng )

Với dây dẫn bằng đồng trong máy biến áp khô thì mật độ dòng điện cho phép nằm
trong khoảng ( 2 ÷ 2,75) A/mm2.
Chọn J = J1=J2=2,75 A/mm2.
Tiết diện dây cuộn sơ cấp : S1 =

I1
=
J1

Đường kính dây cuốn sơ cấp: d1 = √

Tiết diện dây thứ cấp : S2 =

I2
=
J2

Đường kính dây cuốn thứ cấp:d2 = √

= 22,8(mm2 )

=√

= 5,39 (mm)

= 85,6 (mm2)

=√

= 10,44 (mm)

2.4.3 Tính toán góc mở α
Phương trình đặc tính cơ : ω =

Momen thuận : Mth =

Pth
=
ωth

U
R.M
=
KФ (KФ)2

-

= 236 (N.m)

Điện áp hành trình thuận tốc độ 25[m/ph] Uth = 99,61(V)
Góc mở ở hành trình thuận tốc độ 25[m/ph] là: αth1 = 65,8o
Điện áp hành trình thuận tốc độ 10[m/ph] Uth = 44,39(V)
21

Góc mở ở hành trình thuận tốc độ 10[m/ph] là αth2 = 84,61o
Momen ngược : Mng =

Png
ωng =

= 235,87(N.m)

Điện áp hành trình ngược : Ung = 229(V)
Góc mở ở hành trình ngược là : αng = 17,7o
2.4.4 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện
√
Rd tổng tải của điện trở tải, sơ bộ có thể coi Rd =Ud/Id
mdm số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong ột chu kỳ điện áp điện áp nguồn
xoay chiều.
ω1 tần số góc của điện áp xoay chiều.

Trong đó : kdmv hệ số đập mạch vào
kdmr hệ số đập mạch đầu ra, đặc trưng cho khả năng giảm độ đập mạch của bộ lọc.
cả 2 hệ đập mạch này đều tính theo biểu thức định nghĩa: kdm=U1m/Ud
hệ số đập mạch đầu vào là của van chỉnh lưu, bị thay đổi theo góc điều khiển α. Góc
α càng tăng thì điện áp ra càng xấu. khi tính toán dùng đồ thị quan hệ của hệ đập
mạch tương đối:
( )
U1m(α) biên độ sóng hài bậc nhất ở góc điều khiển α.

Ta có góc

(

) = 0,41, mdm=6 suy ra ta có: k*dm=0,31 (tra bảng)

kdmv(
kdmr =
ksb =

)=

=

=0,41
= 1,85

22

= 0,76


Rd =Ud/Id=240,37/287=0,84Ω
L

.ksb =

.1,85 = 0,82 (mH)

2.4.5 Tính chọn thiết bị bảo vệ
 Bảo vệ quá dòng
Để bảo vệ quá dòng người ta dùng aptomat hoặc cầu chì. Nguyên tắc chọn
các thiết bị này là chọn theo dòng điện với Ibv = (1,1 ÷ 1,3) Ilv. Ở đây Ilv = 165,70 A
nên ta có Ibv = 182,27 ÷ 215,41 (A).



Bảo vệ quá áp

Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn :
 Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van
 Xung điện áp do chuyển mạch van
 Xung điện áp từ phía lưới xoay chiều, nguyên nhân thường gặp là do
cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây.
 Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải.
Do đó để bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van dùng mạch RC mắc
song song với van

Nguyên lý hoạt động:

23


-

Dòng điện ngược chảy qua tiristo mỗi khi nó chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khóa.

-

Dòng điện ngược suy giảm khá nhanh, tốc độ suy giảm đạt tới 10(A/s) dẫn
đến quá điện áp với tiristo đang chuyển sang trạng thái khóa. Uqda = L.

Khi du/dt lớn thì tạo nên dòng I = C

di
.
dt

du
rất lớn qua tụ nhờ điện cảm biên độ dòng
dt

điện bị hạn chế tức là hạn chế du/dt.
Mạch RC trợ giúp chuyển mạch, nó cũng hạn chế được đỉnh của điện áp cảm ứng
trong quá trình dẫn ngược của thyristor. Khi thi thyristor mở tụ điện sẽ phóng điện
áp qua thyristor. Người ta có thể hạn chế

du
bằng điện trở R.
dt

Từ kinh nghiệm chon R = 20Ω ; C = 0,5µF.

24