Chương 1 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG Trong lĩnh vực kinh tế tạo ra một sản phẩm bằng máy móc đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật là một yếu tố quan trọng nhất .Để sử dụng một cách hợp lý các thiết bị và khai thác tối đa khả năng làm việc của chúng thì chúng ta phải bắt đầu từ khâu thiết kế hệ thống. Người thiết kế cần phải dựa vào yêu cầu của quy trình công nghệ và đặc tính sản xuất để đưa ra phương án hợp lý , từ những phương án đó lựa chọn ra phương án tối ưu sao cho thoả mãn yêu cầu sau: - Phải có vốn đầu tư , chi phí vận hành nhỏ nhất - Chất lượng sản phẩm sản xuất ra phải cao nhưng giá thành hợp lý - Phải đảm bảo năng suất lao động , độ tin cậy cao ,an toàn cho người và thiết bị Ngoài các yêu cầu về kinh tế trờn thỡ cũn cú cỏc yờu kỹ thuật quan trọng nhất là các hệ thống không cần đảo chiều, dải điều chỉnh tốc độ rộng , trơn (D=80:1) sai lệch tĩnh nhỏ δ ≤ 0.Vì việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy sẽ đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn trong sản xuất, đạt năng suất cao. Chọn động cơ Trong công nghiệp hiện nay thường sử dụng 2 loại động cơ chính: động cơ điện xoay chiều và động cơ điện 1 chiều. Trong đó động cơ xoay chiều bao gồm: động bộ và động cơ không đồng bộ; Động cơ một chiều gồm: động cơ 1 chiều kích từ độc lập và động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp.
Mỗi loại có những đặc điểm riêng, phù hợp với những yêu cầu công nghệ, trường hợp sử dụng khác nhau. Do vậy tùy vào các yêu cầu đặt ra, ta lựa chọn loại động cơ phù hợp, để đảm bảo tính kỹ thuật cũng như tính kinh tế. Với yêu cầu của hệ thống truyền động trong đề tài này em lựa chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động *Đặc điểm Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có cuộn kích từ mắc vào nguồn một chiều độc lập (hình 6. Phương trình đặc tính cơ: SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 6 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp a) b) Hình 6.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp *Nhận xét: So với động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở của mạch kích từ nên khẳ năng ổn định tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập cao hơn. Mặt khác đặc tính cơ của nó có dạng đường thẳng do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ loại này có dải điều chỉnh rộng do : M = kI; = const; M = const 1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập Hiện nay, hầu hết cỏc mỏy sản xuất đều sử dụng hệ truyền động điện để đáp ứng nhu cầu, đòi hỏi công nghệ, nâng cao tự động hoá cũng như năng suất, chất lượng vì thế các hệ truyền động điện thường phải điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu công nghệ. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ đó là: + Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng. + Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ. + Điều chỉnh từ thông kích từ. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng, phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật khác nhau như: yêu cầu về điều chỉnh tốc độ, dải điều chỉnh, sai lệch tĩnh, công suất động cơ….Trong đề tài này, với yêu cầu kỹ thuật là: Công suất động cơ: 11 KW, Tốc SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 7 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp độ động cơ: 1500 V/P, Dải điều chỉnh: 80/1, Sai lệch tĩnh: δ ≤ 5%, ta sử dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Đặc điểm: + Dễ dàng điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng khởi động.
+ Điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng. + Đặc tính cơ cứng. + Sai lệch tĩnh không đổi trong dải điều chỉnh. + Tổn hao nhỏ, khả năng tự động hoá cao.
n n0 TN n01 Udm n02 U1 n03 U2 o Mc U3 Đặc tính cơ của ĐC 1C KTĐL khi thay đổi điện áp phần ứng 1.3 Chọn bộ biến đổi Ở phần trên em đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng động cơ. Để thay đổi điện áp này sử dụng các bộ biến đổi. Và tương ứng với các bộ biến đổi, chúng ta cú cỏc hệ thống truyền động Hiện nay trong công nghiệp chúng ta sử dụng các hệ thống truyền động sau: + Hệ thống máy phát – động cơ + Hệ thống tiristor – động cơ + Hệ thống xung áp – động cơ Mỗi hệ thống có những ưu – nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu riêng của hệ thống truyền động. Trong đề tài này em chọn bộ biến đổi tiristor – động cơ.
Bộ biến đổi là bộ phận quan trọng của hệ thống truyền động, nó quyết định khả năng và chất lượng điều chỉnh các chế độ làm việc. Bộ biến đổi xoay chiều – một chiều dùng tiritor chính là mạch điện chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor để biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều điều chỉnh điện áp đi vào mạch phần ứng động cơ. Sơ đồ khối hệ thống tiristor – động cơ (T - Đ) SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 8 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp a b c + bb® ckt §c - ft WR x®k n fx k ®t g +u® Hình 1-4 * Ưu điểm của hệ thống này: + Tính tác động nhanh. + Hệ thống gọn nhẹ, dễ tạo ra hệ thống vũng kớn.
+ Hệ thống nâng cao được độ cứng đặc tính cơ và mở rộng phạm vi điều chỉnh. + Có thể điều chỉnh vô cấp, sai lệch tĩnh nhỏ. + Dễ tự động hoá hệ thống. + Tác động nhanh, hoạt động tin cậy.
+ Khụng gây ồn, không cần nền móng đặc biệt. + Hiệu suất cao, giá thành rẻ. Chọn phương pháp hãm. Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mụmen quay ngược chiều tốc độ quay.
Với động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba phương pháp hãm là: + Hãm tái sinh. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với yêu cầu công nghệ là điều rất quan trọng. Với đề tài này, hệ thống yêu cầu không đảo chiều quay (bộ biến đổi không làm việc ở chế độ nghịch lưu) vì vậy không có hãm tái sinh, để hãm ngược cần công tắc đảo chiều điện áp (vì E không đổi chiều) dẫn tới hệ thống phức tạp. Vì vậy, trong ba phương pháp hóm trờn thỡ phương pháp hãm động năng là phù hợp với yêu cầu của đề tài.
Vỡ nú có mạch hãm đơn giản, không sử dụng năng lượng khi hãm, có khả năng hãm khi mất điện, tự dừng khi điện áp về không. Vì vậy, đối với hệ thống này em sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ độc lập. SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 9 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp 1. Trong thực tế có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ.
Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ cú cỏc chỉ tiêu về chất lượng, giá thành khác nhau. Với yêu cầu của đề tài em chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha. Sơ đồ tia 3 pha * Sơ đồ nguyên lý : iA A * BA * a ia iT1 iB T2 iT2 B * * b ib iC iT3 * * c ic C 0 T3 K ud Hình 1-7 Ed Ld Rd id Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha gồm: - BA: máy biến áp 3 pha cung cấp điện áp cho sơ đồ chỉnh lưu. - Các Tiristor T1, T2, T3 dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp máy biến áp BA là ua, ub, uc thành điện áp một chiều trên tải Ud.
- Rd, Ld , Ed: các phần tử phụ tải của bộ chỉnh lưu. - iA, iB, iC: dũng các pha cuộn dây sơ cấp của BA. - ia, ib, ic: dũng các pha cuộn dây thứ cấp của BA. - iT1, iT2, iT3: dũng các van chỉnh lưu.
- id: dòng điện chỉnh lưu. * Nguyên lý làm việc SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 10 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp u ua ub uc ud(nÐt ®Ëm) t 1 2 3 4 0 i T1 1 Id 3 t 0 2 4 i T2 1 2 Id 3 4 t 0 i T3 1 2 3 Id 4 t 0 iA 2Id t 0 3kba iB 2Id t 0 3kba iC 2Id t 0 3kba Id 3kba u uac T1 uab 1 2 3 4 t 0 Hình 1-8 SVTH: Đỗ Thị Ly Lớp: k42 SKĐ 11 Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trường ĐHKT Công Nghiệp Ta xét trường hợp Ld = , cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng và cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (t = 0): - Ta giả thiết điện cảm là vô cùng lớn (L d = ∞) và bỏ qua quá trình chuyển mạch trước thời điểm t = 1= α + π/6 thì T3 đang dẫn dòng và các van khỏc cũn ở trạng thái khoá. Khi đú trờn van T1 sẽ có điện áp thuận (vì uT1= ua - uc= uac, và tại t = 1= α + π/6 thì uac >0 nên uT1>0). Tại t = 1= α + π/6 thì T1 có tín hiệu điều khiển, T1 có đủ cả 2 điều kiện để mở nên T 1 mở và uT1 giảm về bằng 0.
Do uT1= 0 nên ud= ua, và từ sơ đồ ta xác định được điện áp trên T 3 là uT3= uc - ua= uca, tại 1 thì uca<0, tức là T3 bị đặt điện áp ngược nờn khoỏ lại, van T2 thì vẫn khoá.