CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN.1 Khái quát chung về hệ truyền động điện.1 Hệ truyền động điện là gì ?.2 Hệ truyền động của phụ tải.3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện.4 Phân loại các hệ truyền động điện. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN , MẠCH LỰC.1 Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha:.1 Thiết kế mạch lực.2 Tính chọn van bán dẫn.1 Thiết kế mạch điều khiển. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ.1 Tính biến áp xung:.2 Tính tầng khuếch đại cuối cùng.3 Chọn cổng AND.4 Tính bộ tạo xung chùm.5 Tính chọn tầng so sánh.6 Tính chọn khâu đồng pha.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN.1 Kết quả mô phỏng. TỔNG QUAN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Khái quát chung về hệ truyền động điện 1.1 Hệ truyền động điện là gì ? Hệ truyền động điện là tổ hợp của nhiều thiết bị và phần tử điện – cơ dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu công tác trên phụ tải , đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó tùy theo công nghệ của phụ tải.2 Hệ truyền động của phụ tải a. Truyền động của máy bơm nước Xét sơ đồ truyền động của máy bơm nước. Ta thấy động cơ điện (D) biến đổi điện năng thành cơ năng , tạo ra mômen M làm trục máy và các cánh bơm.
Cánh bơm chính là cơ cấu công tác (CT) , nó chịu tác động tạo ra mômen công tác Mct ngược chiều tốc độ quay w của trục động cơ. Chính mômen này tác động lên trục động cơ, ta gọi nó là mômen cản Mc. Nếu mômen cản cân bằng với mômen động cơ (M = Mc) thì hệ sẽ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi w = const. Truyền động của máy bơm nước 3 b.
Truyền động của mâm cặp máy tiện Hình 1. Truyền động mâm cặp máy tiện Xét sơ đồ truyền động của mâm cặp máy tiện. Ta thấy cơ cấu công tác (CT) bao gồm mâm cặp (MC), phôi (PH) được kẹo trên mâm cặp và dao cắt (DC). Khi làm việc động cơ (D) tạo ra mômen M làm quay trục, qua bộ truyền lực (TL) gồm đai truyền và các cặp bánh răng, chuyển động quay được truyền đén mâm cặp và phôi.
Lực cắt do dao cắt tạo ra trên phôi sẽ hình thành mômen tác động trên cơ cấu công tác Mct có chiều ngược với chiều chuyển động của động cơ. Nếu dời điểm đặt của Mct về trục động cơ ta sẽ có mômen cản Mc (thay thế cho mômen Mct). Cũng tương tự như ở ví dụ trước, khi M = Mc thì hệ sẽ làm việc ổn định với tốc độ quay w = const. Truyền động của cần trục Hình 1.
Truyền động của cần trục Ta thấy cơ cấu công tác (CT) bao gồm trống tời (TT), dây cáp (C) và tải trọng (G) tác động lên trống tời tạo ra mômen trên cơ cấu công tác Mct. Nếu dời điểm đặt của Mct về trục động cơ ta sẽ có mômen cản Mc thay thế cho mômen Mct, còn động cơ tạo ra mômen quay M. Khác với hai ví dụ trên ở cần trục thì mômen cản Mc có chiều tác động do chiều lực trọng trường quyết định nên không phụ thuộc chiều của tốc độ, nghĩa là có trường hợp nó ngược chiều chuyển động của động cơ , lúc này cơ cấu công tác tiêu thị năng lượng do động cơ cung cấp và có trường hợp Mct cùng chiều chuyển động của động cơ, lúc này cơ cấu công tác gây ra chuyển động tạo ra năng lượng cấp cho động cơ.3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện Trong các ví dụ trên, động cơ (Đ) có thể nối trực tiếp vào lưới điện công nghiệp hoặc cũng có thể được nối vào bộ nguồn riêng, gọi là thiết bị biến đổi (BĐ) để tạo ra dạng điện năng cần thiết với những thông số phù hợp với yêu cầu của động cơ. Có thể miêu tả khái quát cấu trúc của hệ truyền động điện bằng sơ đồ khối.
Ngoài các khâu đã giới thiệu ở các ví dụ trên còn có bộ điều khiển (ĐK) để đóng cắt, bảo vệ và điều khiển toàn bộ hệ thống. Để thuận tiện cho việc khảo sát ta chia các khâu của hệ truyền động điện thành hai phần : phần điện và phần cơ.4 Phân loại các hệ truyền động điện Người ta phân loại các hệ truyền động điện theo nhiều cách tùy theo đặc điểm của động cơ điện , theo tính năng điều chỉnh , theo mức độ tự động hóa, đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi, công suất của hệ thống … Từ cách phân loại sẽ hình thành ra tên gọi của hệ, a. Theo đặc điểm của động cơ điện Ta có truyền động điện một chiều (dùng động cơ một chiều), truyền động không đồng bộ (dùng động cơ không đồng bộ ), truyền động điện đồng bộ (dùng động cơ động bộ), truyền động điện bước (dùng động cơ bước)… Truyền động điện một chiều được sử dụng cho các phụ tải có yêu cầu cần điều chỉnh tốc độ và mômen, nó có chất lượng điều chỉnh tốt, tuy nhiên động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó đòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do đó trong những trường hợp không có yêu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường sử dụng truyền động điện không đồng bộ. Trong những năm gần đây, truyền động điện không đồng bộ phát triền mạnh mẽ, đặc biệt là các hệ các điều khiển tần số, những hệ này đã đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động điện một chiều, tuy nhiên chúng đòi hỏi về bộ biến đổi (biến tần) phức tạp.
Theo mức độ tự động hóa Ta có hệ truyền động điện không tự động và truyền động điện tự động. Các hệ không tự động thường đơn giản và được sử dụng cho bất kì ở đâu nếu có thể được, lúc đó phần điện của hệ có thể chỉ có động cơ điện và một vài khí cụ đóng cắt, bảo vệ như áptomát, khởi động từ. Các hệ truyền động điện tự động là các hệ truyền động điện điều chỉnh vòng kín có vài mạch phản hồi, chất lượng điều chỉnh của các hệ này là rất cao, có thể đáp ứng bất kỳ yêu cầu nào của quá trình công nghệ của phụ tải. Theo tính năng điều chỉnh Ta có truyền động điện không điều chỉnh (khi động cơ làm việc ở một cấp tốc độ) và truyền động điện điều chỉnh.
Các hệ truyền động điện không điều chỉnh thường phải kết hợp với một hộp tốc độ để thực hiện điều chỉnh bằng cơ khí, do đó kết cấu của phần cơ phức tạp, chất lượng điều chỉnh thấp, giá thành của máy sản xuất cao. Các hệ truyền động điện điều chỉnh cho phép điều chỉnh tốc độ và mômen của phụ tải bằng cách điều chỉnh từ động cơ điện (phương pháp điều khiển điện), do đó kết cấu máy đơn giản , chất lượng điều chỉnh cao và thuận tiện trong thao tác. Một số phân loại khác Ngoài cách phân loại như trên người ta còn phân loại theo một số cách khác như truyền động điện đơn (nếu dùng một động cơ) và truyền động điện nhiều động cơ (nếu dùng nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho một cơ cấu công tác), truyền động điện van (nếu dùng thiết bị biến đổi van bán dẫn) … 7 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN , MẠCH LỰC 2.1 Thiết kế bộ điều áp xoay chiều ba pha: 2.1 Thiết kế mạch lực Mạch xoay chiều ba pha hiện nay trong thực tế thường gặp 3 sơ đồ sao: Hình 2.1: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp thyristor mắc song song ngược Các loại này bao gồm tải đấu sao trung tính ( Hình 2.1 a), tải đấu sao không trung tính (Hình 2.1 b), tải đấu tam giác (Hình 2.
Tải đấu sao có trung tính có ưu điểm là sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp lưới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vào van bán dẫn là điện áp pha. Nhược điểm của sơ đồ này là trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều hòa bậc cao, khi góc mở của van khác 0 có dòng tải gián đoạn và loại sơ đồ nối này chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn 9 đầu dây ra. Các sơ đồ không trung tính (Hình 2.1 b, c) có nhiều điểm khác so với sơ đồ trung tính. Ở đây dòng điện chạy giửa các pha với nhau, nên đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai thyristor của hai pha một lúc.
Việc cung cấp xung điều khiển như thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch, ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lưới cũng có thể làm cho sơ đồ không hoạt động. Hiện nay, với những tải có công suất trung bình, các sơ đồ điện áp ba pha bằng các cặp thyristor như (Hinh 2.1) được thay thế bằng các sơ đồ Triac như (Hình 2. Như đã giới thiệu trên, Triac về nguyên lý điều khiển giống hệt các cặp thyristor mắc song song ngược. Vì vậy, sử dụng các sơ đồ (Hình 2.2) tùy thuộc vào khả năng linh kiện có loại nào.
Ngoài ra (Hình 2.2) có ưu điểm hơn về mặt điều khiển đối xứng và đơn giản về cách ghép. Đối với những tải không có yêu cầu về điều khiển đối xứng người ta có thể sử dụng sơ đồ cặp thyristor –điốt. Mặc dù vậy, sơ đồ này ứng dụng thực tế không nhiều. Bởi vì khi không có xung điều khiển vẫn có thể có dòng chạy qua tải.
Trong trường hợp cho phép điều khiển không đối xứng chúng ta có thể sử dụng sơ đồ điều khiển hai pha như (Hình 2. 10 Ưu điểm của sơ đồ (hình 2.3) là số lượng van bán dẫn ít hơn, và mạch điều khiển cũng đơn giản hơn. Nhược điểm của sơ đồ là điều khiển không đối xưng, nên đường cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, vì vậy giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện khác nhau rõ rệt. Loại sơ đồ này chỉ phát huy tác dụng khi tải và nguồn được phép làm việc không đối xứng và có số lượng van bán dẫn bị hạn chế.
Khi sử dụng điều áp xoay chiều cho động cơ không đồng bộ ngoài chế độ đóng cắt, điều khiển tốc độ, còn cần cả đảo chiều quay. Trong động cơ không đồng bộ, khi đảo chiều quay cần đổi thứ tự pha. Sơ đồ điều khiển có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ như (Hình 2. Khi có chiều quay thuận ta cấp xung điều khiển cho T 1,T2,T7,T8,T9,T10; các pha lưới A1, B1, C1 được nối tương ứng với các cuộn A, B, C của động cơ.
Khi ở chiều quay ngược ta cấp xung điều khiển cho T 3,T4,T5,T6,T9,T10.