Tài liệu ĐỒ ÁN "ĐIỀU KHIỂN LOGIC" doc

LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

Tên đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN
BĂNG ĐỊNH LƯỢNG





F
Phễu
Vật liệu
Cơ cấu cân định lượng
Puli chủ động
Hộp số
Động cơ

Động cơ điện một chiều
- Số liệu :
+ Lực kéo 600N
+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s
+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
+ Đường kính trục 300 mm
+ Hộp số i = 10 ; η = 80%
- Yêu cầu :
+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động
+ Tính chọn công suất động cơ
+ Chọn phương án truyền động
+ Xây dựng sơ đồ điều khiển
+ Tổng hợp hệ
CHƯƠNG I

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ

TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

1 . MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA CÂN BĂNG ĐỊNH
LƯỢNG

Cân băng định lượng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng
vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt,
cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ...) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm ,
thép thỏi ) theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc
nghiêng không lớn hơn 30
o
). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản
xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các
phân xưởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền
sản xuất.
Hệ truyền động cân băng định lượng gồm có:
+ Động cơ
+ Hộp số
+ Puli chủ động
+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định lượng
Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ
ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với
băng . Để khắc phục độ võng của băng người ta đặt các con lăn và chúng
cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải được
chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối lượng của vật liệu được cơ cấu cân
định lượng cân chính xác theo lượng đặt ban đầu.
Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức:
vQ .∂=

[ kg/s ]
hay:

v
v
Q ..6,3
1000
..3600
∂=
∂
=
[ tấn/h ]
trong đó:
∂ : khối lượng tải theo cjiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức:

3
10..
γ
S=∂
trong đó:
γ : khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m
3
]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m
2
]

2 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT, ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ
YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI PHỐI LIỆU

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
2
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
2.1 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT
 Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều.
 Lực kéo 600 N
 Tốc độ cực đại 1,5 m/s
 Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
 Đường kính trục 300 mm
 Hộp số i = 10 ; η = 80%

2.2 . ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ
TRUYỀN ĐỘNG

a . Loại phụ tải

Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng
()
α
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛

−+=
dm
codmcoc
w
w
MMMM


trong đó: M
co
- Mômen ứng với tốc độ ϖ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ w
đm

Mc - Mômen ứng với tốc độ ϖ
Với băng tải α = 0. Do đó ta có M
c
= M
đm
= const . Ta thấy rằng tải của
hệ truyền động băng tải phối liệu hầu như ít thay đổi trong quá trình làm việc.
Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh
tốc độ với M
c
= const như sau:


w

w
max
P
c





M
c

w
min



P
max
M
c
,P
c



b . Chiều quay của băng

Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên

chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay.
Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi,
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
3
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
không bảo đảm được yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số
phần của vật liệu không chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác.

c . Giản đồ phụ tải

Các thông số chính của hệ truyền động

Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất
v
min
= 0,075 ( m/s )
v
max
= 1,5 ( m/s )
Vận tốc của trục quay

)/(10
15,0
5,1
'
)/(5,0
15,0
075,0
'
max

max
min
min
srad
R
v
w
srad
R
v
w
===
===

Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

)/(510.5,0.'
)/(10010.10.'
minmin
maxmax
sradiww
sradiww
===
===

Từ phương trình động học của truyền động điện

dt
dw
JMM

c
+=


ta có giản đồ phụ tải



0
1
2
3
M
C
t











+ Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động. Vì băng tải làm việc ở
chế độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ
là không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm
việc và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng

từ phễu.
+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải M
c
không đổi. Biến thiên
dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.
+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho
băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
4
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
d . Các yêu cầu về khởi động và hãm

Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm
tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta
phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình
làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ
dừng với gia tốc lớn gây hư hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thường
làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng
không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng
dừng tự do.

e . Sơ đồ động học

Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng có dạng đơn
giản như sau :

Trong đó:
1- Động cơ điện
2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải
Wc
Pc
Mc
Wd
i
n
puli chñ ®éng kÐo
m¸y s¶n xuÊt

g . Hệ truyền động nhiều động cơ

Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi trường hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
h . Độ chính xác

Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , được đánh giá bởi sai
lệch tĩnh:

%100%100
%
d
td
dm
w

ww
w
w
−
=
Δ
=∂


Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
5
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
i . Dải điều chỉnh


1:20075,0:5,1:
minmax
=== wwD

CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

1 . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT

Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
6
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN

Mô men cản qui đổi về trục động cơ:

.TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
rong trường hợp truyền động có điều
u cơ bản sau:

đ
)/(5/)*(
)/(10010*)015,0/5,1(.
maxminmaxmin
max
max
sradvv
sradi
R
v
==
===
ωω
ω



2

Để tính chọn công suất động cơ t
hỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầc
Đặc tính phụ tải truyền động P
c

(ω), M
c
(ω): Phụ tải truyền động yêu
cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
=
M
m
.ω
max




M
c
0
ω
min
ω
max
ω
M
c
= const

Đặc tính phụ tải

 Phạm vi điều chỉnh tố

/ω 2 : 1
ng hệ thống truyền
động
g
ch

giữ M = const trong phạm vi
điề I:

c độ ω
max
và ω
min

Dải điều chỉnh tốc độ: D =ω
max min
= 0


 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi tro
Dự dịnh dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụn
ỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển (thyristor).
Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.
băng tải là
Đặc điểm của truyền động
u chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạ
)(25,11
15,0.600.
Nm

RF
M ===
)(4,1)(140025,1*1125*25,1
)(1125100*25,11*
max
maxmax
kwwPP
wMP
dm
cqd
====⇒
8,0.10.i
cqd
η
= = =
ω
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
7
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN


P
đm
= 1,45 (kW)

U
đm
= 220 (V)

I

đm
= 8,5 (A)

n
đm
= 2100 (vòng/phút)


Φ
m
= 4,8 (mWb)
2
)


XÁC Đ Ơ





L
ư
=
Ta chọn loại động cơ
Π
H-68 của Nga với các thông số sau


R = R

ư
+ R
cp
=2,49(
Ω
)
đ

I
kt
= 0,57 (A)

J
đ
= 0,125 (kg.m
2p = 4
ỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG C
Điện cảm phần ứng
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8.. npI
dmdm
220
.6,5. mHHk
dm
L
===

ấy giá trị 5,5
÷
5,7 đối với máy không bù và

L
là số đôi cực.

đm
=
U


Trong đó k
L
là hệ số l

k= 1,4
÷
1,9 đối với máy có bù; p
9,0
219,9
49,2.5,8-220
..
d
==
−
m
dmdm
RIU
ω


k
Φ


Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m
2
)
)s(412,0
)9,0(
125,0).182,049,2(
J.R
2
Σ
+
=

Hằng số thời gian cơ học T
c
=
)Φk(
2
dm
=

thời gian mạch phần ứng T
ư
=
)(014,0
49,2
0345,0
-
s
R

L

Hằng số
==

ều kích từ độc lập:

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chi
MM
k
R
k
U
)(
-
Φ
−
Φ
=
ω
07,34,244
2
−=

I
ỀN ĐỘNG

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và
kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động
có thể thoả mãn yêu cầu đặ n tích, đánh giá các chỉ tiêu

kinh tế, kỹ thuật ụ thể mà ta có
thể lựa chọn đư y nhất để thiết
ế.
Lựa ch
CHƯƠNG II
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUY
t ra. Bằng việc phâ
các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi c
ợc một vài phương án hoặc một phương án du
k
ọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
8
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của
băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh
ữ từ
thông
Ơ MỘT

a . C ệ F-Đ
là hệ truyền
ay của máy phát là không đổi.
tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng
động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và gi
động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau:


Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).

Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều (
Hệ T-Đ).

Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
1 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG C
CHIỀU (F-Đ)
ấu trúc h
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard)
động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập.
Máy phát điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK
quay và coi tốc độ qu


U
kF
U
®ku
~
i
KF
F
§K
F
ω
M
§
U
k§

~
I
U
®k
i
K§
M
ω


Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của máy mài M được cấp điện máy phát F ng
cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng
bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích t máy phát i
F
thì điều chỉnh được tốc
độ không tải của hệ thống ược giữ nguyên.
c trong
từ . Độ
ừ
K
còn độ cứng đặc tính cơ đ
b . Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tương tự
như các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm
nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả
năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thá
công nghiệp mỏ.
Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,

trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không
quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
9
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ
nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải
điều c
u và diện tích lắp đặt lớn.

cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi
rộn (hay hệ truyền động van một
ác thyristor được sử dụng rộng rãi để tạo
ra các
hỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì
phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác như các máy điện
khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng.
Các đặc điểm khác

Phạm vi điều chỉnh tốc độ được nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch
kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện
hãm điện dễ dàng.

Vốn đầu tư ban đầ
2 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN -
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Tốc độ động
g và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ
chiều) trong đó các bộ chỉnh lưu là điều khiển được. Các van điều khiển có

thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo
bán dẫn công suất phát triển nên c
bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những tính chất ưu việt: gọn nhẹ, tổn
hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ
thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến
đổi có sức điện động E
đ
phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều
khiển
α
). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc
dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể
dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ...). Các bộ
chỉnh lưu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống
truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ).
a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các
bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor.
M
§
U
®k
~
i
K§
ω
M
~

U
®k


Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
10
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu
thyristor. Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ.
Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các
tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn
kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T- chế độ dòng điện chỉnh lưu liên
tục:
(L-R-E).
Đ ở
M
)k(
R
k
cosE
2
dm
dm
do
Φ
−

Φ
α
=ω

2
dm
R
k
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
Φ
=β
Độ cứng của đặc tính cơ là
trong đó R là tổ g trở toàn
mạch phần ứng đ và điện trở các
phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứ g động cơ).
ng phụ thuộc
vào gó
n
ộng cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R
ư
n
Tốc độ không tải lý tưở
ω
c điều khiển
α

:
dm
do
o
k
cosE
Φ
α
=ω
.
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng
này chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn
thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do
có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không
tải lý tưởng của đặc tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong
trường hợp này như trên hình 4-3 khi điều
chỉnh ở Các đặc
tính cơ hơn hệ
động cơ sẽ giảm.
hi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ
ằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián
đoạn. Góc điều khiển càng lớ (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián
đoạn càng rộng và việc điều ch nh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
ần xác định biên giới vùng dòng
vùng dòng điện liên tục và gián
ạn và liên tục có dạng đường
ính cơ:
vùng dưới tốc độ định mức.
của hệ truyền động T-Đ mềm

F-Đ vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều
khiển
α
càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc
tính cơ M

Đặc tính cơ hệ T-Đ.
M
0
hạ thấp và ứng với một mômen cản
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: k
có độ dốc lớn (phần n
c
, tốc độ
n
ỉ
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ c
điện gián đoạn, là đường phân cách giữa hai
đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đo
ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc t
1)
p
cos
p
sinU
()
p
sin
p
U

(
m2m2
π
IL
2
e
=
π
−
ω
+
E
2
π
π
Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng d
ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p. Song khi tăng số xung p
thì mạch lực chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng
phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng

òng điện gián đoạn sẽ giảm nếu
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
11
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
thời gi
trơn với phạm vi điều
chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy

cơ một chiều (XA-Đ) sử
dụng b
ong mạch một
chiều
ại van điều khiển cả đóng và ngắt như
ansistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này
ụ tải dạng kéo (tàu điện,
xe điện
an quá độ) và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới
này được mô tả bởi đường cong nét đứt trên hình 4-3.
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây
ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất
cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh
nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động
của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh
điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện
áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cos
ϕ
của hệ nói chung là
thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.

3 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP -
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (XA-Đ)
Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động
ộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai
trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn
nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải.
Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt
nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện

nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc tr
nên khi dùng loại thyristor thông thường nó không được khoá lại một
cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với nguồn
xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi
là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện
nay ta cố gắng sử dụng các lo
tr
chịu được. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor.
Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ
yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có ph
...).


§
§iÒu khiÓn
U
ng
U
®k


Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
12
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ

guyN ên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ
qua điệ đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp
ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : U
ư

=
σ
U
ng
, trong đó: U
ư
là điện áp
phần ứng động cơ,U
ng
là điện áp một chiều cần băm ,
σ
là hệ số lấp đầy
xung:
n áp

kt
tt
tt
t
T
t
+
==σ
với t
t
, t
k
là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện
tử. Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần
ứng động cơ, cần thay đổi hệ số

σ
của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng
3 phương pháp: thay đổi t
t
, T hoặc cả hai.

So sánh 3 phương án ta quyết định chọn phương án truyền động
chỉnh
lưu Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc l p.

4 . TÍNH CHỌ

Yêu cầ
-
Dòng chỉnh l
-
Độ nhấp nhô
iện áp không tải đảm bảo cấp cho
ph n ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mức

γ
1
- hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lưới
γ
1
= 0,95
γ
2
= 1,04
÷

1,06
ồ không đảo chiều
α
min
= 0
t áp trên điện trở tương đối
ơn ( khoảng 1,5% )và
p khoảng 2V.
Σ
ị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở
toàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc
ậ
N BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU TIRISTOR
u đối với bộ chỉnh lưu

-
Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz
-
Bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
-
Điện áp chỉnh lưu: U
d
= 220 V
ưu: I
d
= 8,5 A
thấp

a . Xác định điện áp không tải chỉnh lưu và điện áp ra của máy biến áp
Bộ biến đổi chỉnh lưu cần có giá trị đ

ầ
động cơ E
ưđm
, sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại I
ư max
.
γ
1
U
do
cos
α
min
=
γ
2
E
ưđm
+
ΣΔ
U
V
+ I
ư max
R
ư
Σ
+
Δ
U

γ
max
rong đó : T
U
do
- điện áp không tải của chỉnh lưu
γ
2
- hệ số dự trữ máy biến áp
α
min
- góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đ
ΣΔ
U
V
- tổng sụt áp trên van , bao gồm sụ
n điện kháng ít hlớ ( khoảng 4% ) còn sụt áp trên
i tiếđiện áp sụt trên hai thyristor nố
R
ư
- điện trở đẳng tr
một chiều
I
ư max
- dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2
÷
2,5 I
ư đm
Δ
U

γ
max - sụt áp cực đại do trùng dẫn
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
13
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN

ddm
udm
udm
u
I
I
I
I
max

Δ
U
γ
max =
Δ
U
γ
đm
I
ddm
: dòng định mức của bộ biến đổi
Δ
U
γ

đm
: sụt áp trùng dẫn định mức , được xác định :
Δ
U
γ
đm
= U
do
.U
K
. Y
γ
U
K
: điện áp ngắn mạch
Y
γ
: đối với sơ đồ sáu xung và mười hai xung Y
γ
= 0,5
Nếu I
udm
= I
ddm
ta có
U
do
=
λαγ
γ

uuVudm
IRUE +Δ+
γ
K
UY−
∑ ∑
min1
cos
max2

λ
=
ddm
u
I
max
: bội số dòn
I
g điện
Từ đó ta có :
U
do
=
λαγ
Vudm
Y−
γ
uu
IRUE +Δ+
∑

γ
K
U
∑
min1
max

=
2
cos
)(299
%5.5,2.5,0
95,0
5,8).5,0.220(220.04,1
V
=
−
182,049,2()25
++++

V
U
U
do
vo
5,221==

35,1
b . Tính chọn biến áp nguồn BAN

BAN đấu theo kiểu
Δ
/Y. Điện áp lưới U
L
= 380V.
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối
Δ
/Y)
6
.
3
2
do
U
U
π
=
= 128 (V)
128
380
2
1
=
U
U
Tỷ số máy biến áp: k = = 3
Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I
2
=
d

I.
3
2
= 6,94(A)
Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN:
I
1
=
1
306,
BAN
K
1
I
2
= 21,23
≈
Công suất máy biến áp: S = 3.U .I = 3.128.6,94 = 2665 (VA) 2,665
(kVA).
A).

c . Chọn van cho bộ biến đổi
hảy qua an:
6,94(A)
≅
2 2
Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có S
đm
= 3(kV

)(83,2
3
5,8
3
A
I
I
d
vtb
===
Giá trị dòng trung bình c mỗi v
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
14
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Giá trị dòng cực đại qua mỗi van:
)
Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van:
Từ những tính toán trên, với ch ng quạt gió thì các
thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha là:
I
≥
1,5. I = 1,5.8,5 = 12,75 (A)

yristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho

Loạ
(A) V (A) (
I
GT
V

TM
max
(V)
I
TM
Max
(A)
Du/dt
(V/
μ
s)
di/dt
(A/
μ
s)
I
vmax
= I
d
= 8,5 (A
ế độ làm mát bằ
-
U
ngt

≥
1,6. U
ngmax
= 1,6 . 314 = 502 (V)
-

t max

Vậy ta chọn được loại Th
động cơ:
i
I
0

V
RRM

= I
DRM
(V)
(V) (A
TSM
I
D
mA)
Max Max
)
M
V
GT
TYN
690
16 600 220 50 100 3 1,5 25 1,4 50


d . Tín h chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều

L =
Điện cảm phần ứng
ư
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8.. npI
dmdm
L

220
.6,5. mHH
U
k
dm
===

Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5
÷
5,7 đối với máy không bù và
k
L
= 1,4
÷
1,9 đ áy có bù; p là ôi c
uộ há lọc h m ch ợ v c n n
cơ m m vùng đ iá n ( làm g u n t c ồ
thời cải thiện điề n chuyển mạch c độ ơ đ
ệ ộ b đổ un ứa sóng đ hòa ản

són u hoà b ần s góc
ω
K
= K.m.
ω
1
với
ω
- tần số góc lưới điện ,
ω
= 314 ( 1 / s )
hoà
điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay
chiều đ ụng
ối với m
ng
số đ ực.
C
để là
n k
giả
mạc ột iều đư c nối
x
ào mạ h phầ
g
ứng độ g
iện g n đoạ iảm
ng c
ng dò
iện

mộ hiều ) đ ng
u kiệ ủa
Đi
g điề
n áp đầu ra
ậc cao v
của b
ới t
iến
ố
i m x g ch
iều cơ b và
1 1
K - số nguyên bậc của các thành phần điều
iều hoà với giá trị hiệu d
∑
∑
=
k
km
Km
U
L
I
2
1
)(
.
1
ω

σ

L
Σ
- điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở )
bộ biến đổi Gọi g
σ

là hệ số đập mạch điện áp đầu ra

g
σ

=
∑
k
km
Km
U
2
1
)(
1
ω

)(314299*05,1
3
maxmax
VUU
dng

==
∏
=
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
15
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
và
σ
i
- hệ số đập mạch dòng điện

σ
i
=
∑
dmdm
=
LII
do
σσ

gUI .

f( Hệ số đập mạch điện áp g
σ


phụ thuộc vào góc điều khiển
α
, g

σ

=
do
d
U
α
)
U
Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của
động cơ giảm
I
'
dm
= I
dm
.
2
1
1
i
m
R
σ
+
Tỷ số
R


R

R
m

đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dòng điện điều hoà bậc
ao làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này
R
R
m
c
= 2 ÷ 3
Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh h ởng xấu tới quá trình chuyển
mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh hưởng dòng xoay chiều điều hoà
bậc m
điện ều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù được điện
áp p n ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều
Δ
U
2
không thể tăng nhẩy cấp .
L
ư
, từ trường của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90
o
so với dòng
đi
hả
Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch
một chiều
uc
cfiddm

odo
Lg
n
d
=
I [
σ
nU
−
max
]

Tra đường cong quan hệ g
c
= g
σ

.
o
U
n
n

ta được = 1,1
I = 8,5A
maxc
g
do
= 299V
ddm

n
0
= 2322 (1/s)
n = 2100 (1/s)
Ta có L
d
=
uc
cfiddm
odo
Lg
nI
nU
−
max
][
σ
= 5,46.10
-3
(H) = 5,46 mH

5 . BẢO VỆ SỰ CỐ TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất
cho người vận hành và thi Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ
là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất
thường x ứ ất.
g bộ đổi cũng phải
được bảo vệ chống những sự cố ấ ững nhiễu loạn nguy hiểm như
ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, qu ặc quá dòng điện qua van, quá

nhiệt trong thiết bị biến đổi.
ết bị.
ảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở m c độ thấp nh
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất tron biến
b t ngờ, nh
đ oá iện áp h
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
16
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Tuỳ ại sự cố và mức độ loại bảo
vệ
cắt khẩn cấp bằng
các thi
ẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người
ận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ
ệc để giải quyết sự cố .
hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi
nh có
b . Bảo
có thể cho
nước t
n van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng
mạch R
theo các lo ta có thể phân ra các nhóm


a . Bảo vệ trên mạch động lực

Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ biến
đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá

điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số
vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện
ết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì, áptômát, rơle.. kết hợp với bảo
vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều
chỉnh...
Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v .
Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều
chỉnh s
v
sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm vi
Trong các hệ truyền động
tí trang bị chương trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh
báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây hư hỏng .
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến
đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ
biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử
dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử
dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp...
vệ trong bộ biến đổi
Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua
van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị
đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện
năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá
nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể p
há hỏng van,
nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức.
Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt
(làm mát bằng gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta
rực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nước) hoặc ngâm cả thiết
bị bán dẫn vào dầu biến thế.

Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện
bằng phương pháp làm mát cưỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt
trên van là k
i
=1,5 và k
u
=1,6.
Bảo vệ quá điện áp trê
C, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ
quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp
bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngược khi khoá
van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm
ứng rất lớn trên các điện cảm đường dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn
pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu
nhiên – hiện tượng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
17