Lời Nói Đầu.
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời kỳ
công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được củng như
những khó khăn thách thức đang đặt ra . Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói
chung và những kỹ sư “Nghành tự động hoá - cung cấp điện” nói riêng
nhiệm vụ hết sức quan trọng. Đất nước đang cần một đội ngũ lao động có trí
thức cũng như lòng nhiệt huyết để phục vụ và phát triển đất nước .
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội
thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện
thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được
trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sâu rộng.
Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “Thiết
kế hệ thống điều khiển tốc độ động cơ một chiều không đảo chiều quay”
Bản đồ án này gồm 5 phần:
* Phần I: Phân tích lựa chọn phương án TĐĐ và xây dựng hệ
thống.
* Phần II: Tổng hợp hệ thống.
* Phần III: Tính chọn thiết bị.
* Phần IV: Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
* Phần V: Khảo sát chất lượng hệ thống.
Với sự lỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Võ
Quang Vinh ,đến nay đồ án của em đã được hoàn thành. Do kiến thức
chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án của em
không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của
các thầy, cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Phần I
Phân tích lựa chọn phương án TĐ Đ
Φ
= Φ
đm
= const
R = Var
b ). Phương trình đặc tính cơ
Φ
-
Φ
ω
m
c ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình
(H3)
d ). Nhận xét
Từ phương trình đặc tính cơ và dạng đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi
điện trở phụ mạch phần ứng (tăng R
f
) làm cho
r
r
m
h 3
∗ Độ cứng đặc tính cơ β =
+
Φ
giảm
∗ Mức độ phù hợp tải P = U.I = const
M = K
Φ
.I
ư
= const
2 . Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng
a ). Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Trong đó :
BBĐ : là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của thành
=
®
bb®
u
ck§
I
¦
r r
e
e
¦
+
u
h 4
!
h 5
I
¦
m
h 6
ω
ω
ο
tn
#"
Φ
ω
khác nhau
Độ cứng β = const
Mức độ phù hợp tải P = U.I = var
[M
c
] = K
Φ
đm
.I
đm
= M
đm
= const
Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh trơn và vô cấp
Sai số tốc độ nhỏ ,dể tự động hoá
Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lượng nhỏ
Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để kể
cả khi không tải lý tưỡng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào .
3 . Thay đổi từ thông kích từ
a ). Sơ đồ nguyên lý (H.7)
Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều
kích từ độc lập chính là điều chỉnh mô men điện từ
của động cơ M =K
Φ
R = const
Φ
= Var
b ). Phương trình đặc tính cơ
Φ
-
Φ
ω =
Tốc độ không tải lý tưỡng :
%&
"
#"
Φ
ω
Độ cứng đặc tính cơ : β =
%&
m
(
m
(
m
(
ω
ο
ω
ο
1
ω
ο
2
I
I(
h 9
φ
φ
2
φ
1
ω
d). Nhận xét:
Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ mmột chiều kích từ độc lập là
= var
* Tuy nhiên phương pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao ,tổn thất năng
lượng nhỏ .
4 . Nhận xét chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
)
Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy
mổi phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp
với từng yêu cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương
pháp thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ
có nhiều ưu điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu truyền động ăn dao máy doa
như
Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
Sai lệch tĩnh nhỏ , β=const trong toàn dải điều chỉnh
Dể thực hiện tự động hoá
Mức độ phù hợp tải
M
c
= const
P
c
= var
Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
mạch phần ứng động cơ .
II. Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu
Từ những phân tích ta đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi điện áp mạch phần ứng .Phương pháp này là phải dùng bộ biến đổi
(BBĐ) .BBĐ là một khâu quan trọng của hệ thống truyền động điện là một
trong những yếu tố quyết định đến chất lượng của hệ thống . Sau đây ta đưa
ra 3 phương án để lập hệ điều áp như sau.
.
Φ
-
Φ
Δ-α
ω
++
=
Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van →∆U
V
= 0
+#,
+-
Φ
-
Φ
α
ω
++
=
e
ο
2
h 12
ω
ω
ο
ω
ο
1
m
ng
ts
®n
Trong đó :
α+#,
=
: Sức điện động của bộ biến đổi
R
b
, R
ư
, R
ck
: Điện trở của bộ biến đổi ,phần ứng động cơ ,cuộn kháng
d ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi giá trị góc điều khiển α=0÷180
* CKĐ , CKF : Cuộn kích từ cho máy động cơ và cho máy phát .
b ). Nguyên lý làm việc
Động cơ sơ cấp ĐS biến đổi năng lượng điện xoay chiều của lưới thành cơ
năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F.
Máy phát F biến đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho
động cơ một chiều kích từ độc lập Đ .Máy phát F còn làm chức năng điều
khiển ,khi thay đổi dòng kích từ máy phát F ta thay đổi được Sđđ E
F
của
máy phát → thay đổi được điện áp đặt lên phần ứng động cơ → thay đổi
được tốc độ động cơ.
c ). Phương trình đặc tính cơ
--
2
Φ
-
Φ
ω
d ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi dòng kích từ máy phát F thì
®c
ng
®n
ts
2
3
ΦΦ
ω
0
αω
thay đổi còn độ cứng đặc tính cơ
Φ
β
thì giữ nguyên .Do đó các đặc tính cơ điều chỉnh sẽ là
#
v
+
-
h 15
!/1451
h 16
e
e=
φω
r
¦
r
I
¦
γ
Trong đó :
Đ : Động cơ một chiều
T1 : Tiristo có chức năng như một khoá đóng mở
T2 : Tiristo có chức năng ngắt T1
C : Tụ dùng để tạo điện áp khoác T1
L ,V
o
:Dùng để nạp cho tụ C vào đầu mổi chu kỳ thông của T1
γ : Độ rổng của xung áp
E
bđ
γ===
t
1
:Thời gian khoá ở trạng thái đóng
t
2
: thời gian cắt
i
¦
0
+
6
6
h 17
i
"
786
γ : Độ rổng xung áp
T
ck
-
Φ
-
Φ
ω
'
o
γ
-
Φ
β
e ). Nhận xét ưu nhược điểm của hệ ĐAX-Đ
Ưu điểm :
Bộ biến đổi xung áp động cơ sử dụng ít van điều khiển nên vốn đầu tư ít, hệ
thống làm việc chắc chắn.
ω
ω
0:
-
ββ
Φ
Có khả năng thiết lập hệ tự động vòng kín với chỉ tiêu cao về đặc tính tĩnh
và động.
Nhược điểm :
Điện áp dạng xung nên gây tổn thất khá lớn trong động cơ do thành phần
xoay chiều bậc cao .
Hệ thống thích hợp với công suất nhỏ
Hệ thống đơn giản thì khả năng hãm điện đảo chiều khó khăn, muốn đảo
chiều phải thiết lập những sơ đồ phức tạp.
8 . Đánh giá chọn Bộ biến đổi:
Từ những phân tích cụ thể ưu nhược điểm của từng hệ thống ta thấy mổi hệ
thống đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng công nghệ cụ
thể từng hệ thống truyền động.Qua phân tích trên ta thấy hệ thống truyền
động T-Đ có nhiều ưu điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu công nghệ .
III.Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ
Hãm là tạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quay
của rô to .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ
máy phát .Như ở phần trước ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với
lọai động cơ này có 3 trạng thái hãm là :
- Hãm tái sinh
- Hãm ngược
- Hãm động năng
Sau đây ta lần lượt phân tích từng trạng thái hãm.
h
< 0
Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:
##
3
2
Φ)
ω
Φ
ωω +=+=
ở trạng thái hãm tái sinh I
h
< 0 đổi chiều
và công suất được trả về lưới là P = (U-
E).I ,đây là phương pháp hãm hữu ích về
kinh tế vì động cơ sinh ra điện năng hữu
ích
Tuy nhiên hệ thống truyền động van động
cơ (T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một chiều
nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lượng
trả về lưới thì các van không cho phép dẩn
ngược .Nên phương pháp hãm này không
phù hợp với yêu cầu công nghệ .
2. Hãm ngược
I
U
;
ω
+
ω
ο
ω
";
0:
m
c1
Hãm ngược là trạng thái máy phát của động cơ khi rôto quay ngược
chiều với chiều quay tương ứng của từ trường do điện áp nguồn gây ra.
Mặt khác phụ tải mang tính chất phản kháng nên ta chỉ xét trường hợp
đảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay.
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính tự nhiên
với phụ tải M
c1
.Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điên trở phụ R
f
vào mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính
biến trở chiều quay ngược.Tại b do quán tính nên rôto vẩn quay theo chiều
củ còn mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh
theo đoạn bc .Tại c tốc độ bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lưới động cơ
sẽ dừng lại.Còn nếu vẩn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới và nếu tại c mô
f
vào để hạn chế
dòng điện hãm .Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm
đáng kể tuổi thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện .
3. Hãm động năng
Ta xét trường hợp hãm động năng kích từ độc lập
a). Sơ đồ nguyên lý (H.21)
)
r
h
ck§
+
i
¦
r
e
-
u
;
h 21
b). Nguyên lý làm việc.
Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần
ứngđộng cơ ra khỏi lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm
R
h
còn mạch kích từ vẩn giử nguyên φ =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích luỷ được ở quá
trình làm việc trước đó nên rôto vẩn quay theo chiều củ với tốc độ ban đầu
E
đặc tính cơ khi hãm là .
-
-
3
2
Φ)
-
Φ
-ω
+
=
+
=
Với I
h
,M
h
< 0 .Đây là phương trình đường
thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của chúng được
biểu diển như trên hình (H.22).
*
ω
h
sao cho
I
hbđ
≤ (2÷2.5)I
đm
.
Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lượng từ lưới .Năng
lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích được trong quá
trình làm việc .Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ
rất nhỏ P
kt
=(1÷5)%P
đm
.
4. Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ
Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy
Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng
lượng lớn làm phát nóng động cơ ảnh hương đến tuổi thọ thiết bị .Còn
phương pháp hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm
ngược khi có cùng tốc độ ban đầu và mô men cản M
c
.Tuy nhiên hãm động
năng lại ưu việt hơn về mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và
mạch điều khiển củng đơn giản hơn .Do đó ta chọn phương pháp hãm động
năng để hãm dừng động cơ.
Mạch phản hồi
B. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ ngyên lý hệ thống truyền động điện bao gồm 2 phần
Mạch động lực
:
Là các phần tử phụ tải.
:,
21
UU
Là điện áp trên cuộn sơ cấp(điện áp lưới) và dòng điện cuộn thứ cấp.
:,
21
ii
Là dòng điện cuộn sơ cấp (dòng điện lưới) và dòng điện cuộn thứ cấp.
2 . Nguyên lý làm việc
i
0
i
0
T
T
BA
R
i
i
u
L
t=
ν
1
=
α
thì
2 van T
1
và T
2
đồng thời có tín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp
trên 2 van này đều thuận(u
T1
=u
T2
=u
2
) do vậycả 2 van cùng mở.
Hai van T
1
,T
2
mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không
và ta có: u
d
=u
2
; u
T3
=u
làm
việc thì :
u
d
= u
2
; u
T1
= u
T2
= 0 ; u
T3
= u
T4
= -u
2
;
i
T1
= i
T2
= i
d
= I
d
; i
T3
= i
T4
=0 ;
1
và T
2
vẫn mở nên các biểu thức áp và dòng trên các phần
tử của sơ đồ vẫn giữ nguyên như trên.
Tại
ω
t=
ν
2
=
π
+
α
thì T
3
và T
4
đồng thời có tín hiệu điều
khiển,trên 2 van đang có điện áp thuận nên T
3
và T
4
cùng mở. Hai
van T
3
, T
4
mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không và
ν
2
) trong sơ đồ chỉ có 2 van T
3
, T
4
dẫn dòng . Khi 2 van T
3
,
T
4
cùng làm việc thì:
u
d
= -u
2
; u
T1
= u
T2
= u
2
; u
T3
=u
T4
=0 ;
i
T1
=i
chưa mở vì
chưa có tín hiệu điều khiển, nên s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L
d
vẫn làm cho T
3
và T
4
tiếp tục dẫn dòng.
Đến
ω
t=
ν
3
=2
π
+
α
thì T
1
và T
2
lại đồng thời có tín hiệu điều
khiển và T
1
và T
2
lại cùng làm , T
3
và T
4
3
và T
4
dẫn dòng.
Tóm tắt sự làm việc của sơ đồ trong hơn 1 chu kỳ như sau:
+ Từ
ω
t=0
÷
ω
t=
ν
1
và từ
ω
t=
ν
2
÷ω
t=
ν
3
thì 2 van T
3
và T
4
dẫn
dòng:
u
ν
1
÷ω
t=
ν
2
thì 2 van T
1
và T
2
dẫn dòng:
u
d
=u
2
; u
T1
=u
T2
=0 ; u
T3
=u
T4
=-u
2
;
i
T1
=i
T2
ω
7
7
nét đậm
7
7
αα
α
π
ν
ν
ν
ν
ν
ν
ν
ω
6
0
6
0
+
π
π
7
0
7
0
3
=
ν
ω
6
I
I =
-
UUU
TngTth
2
maxmax
==
Copyright: Tài liệu đại học ©