Tong Hop He Dien Co

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Lêi më ®Çu Sù tiÕn bé kü thuËt trong lÜnh vùc ®iÖn- ®iÖn tö- tin häc trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi s©u s¾c c¶ vÒ mÆt lý thuyÕt lÉn thùc tiÔn trong lÜnh vùc truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng. §ã lµ sù ra ®êi vµ ngµy cµng hoµn thiÖn cña c¸c bé biÕn ®æi c«ng suÊt, víi u thÕ cã kÝch thíc gän nhÑ, ®é t¸c ®éng nhanh,dÔ dµng ghÐp nèi víi c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn dïng vi m¹ch ®iÖn tö, vi xö lý,… C¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ngµy nay thêng sö dông nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn vect¬ cho c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu. PhÇn lín c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ®ã dïng kü thuËt sè víi phÇn mÒm linh ho¹t, dÔ dµng thay ®æi cÊu tróc, tham sè còng nh luËt ®iÒu khiÓn. §iÒu nµy lµm cho c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn t¨ng ®é chÝnh x¸c, lµm cho viÖc chuÈn ho¸ chÕ t¹o c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn hiÖn ®¹i cã nhiÒu ®Æc tÝnh lµm viÖc kh¸c nhau, dÔ dµng øng dông theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ s¶n suÊt. Do vËy, ®å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ gióp sinh viªn n¾m ch¾c h¬n nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ nh÷ng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn kinh ®iÓn ®ång thêi nã còng nh»m môc ®Ých cho chóng ta tõng bíc tiÕp cËn víi thùc tÕ, tiÕp cËn víi nh÷ng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn hiÖn ®¹i. Néi dung cña ®å ¸n ®îc chia lµm 4 phÇn: Ch¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ m¸y mµi vµ hÖ thèng truyÒn ®éng cho ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. Ch¬ng II : Chän ph¬ng ¸n truyÒn ®éng. TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ m¹ch lùc. Ch¬ng III : ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. Ch¬ng IV : X©y dùng cÊu tróc ®iÒu khiÓn tæng hîp hÖ truyÒn ®éng . Ch¬ng V : M« pháng(Simulink). §Ó cã thÓ hoµn thµnh ®îc ®å ¸n nµy, bªn c¹nh sù cè g¾ng cña c¸ nh©n em còng nh cña c¸c b¹n trong nhãm cßn nhê cã sù híng dÉn vµ chØ b¶o nhiÖt t×nh cña c¸c thÇy gi¸o híng dÉn. Tuy nhiªn do thêi gian nghiªn cøu ng¾n vµ tr×nh ®é b¶n th©n cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n cña em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 1

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ rÊt mong c¸c thÇy híng dÉn vµ bæ sung thªm ®Ó ®å ¸n nµy ®îc hoµn chØnh h¬n. Em

xin

ch©n

thµnh

c¸m

¬n

Ch¬ng I : Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ vµ hÖ thèng truyÒn ®éng cho ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. I. §Æc ®iÓm c«ng nghÖ : Trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ hiÖn ®¹i, c¸c lo¹i m¸y mµi chiÕm mét ®¬n vÞ quan träng. Lµ v× m¸y mµi gia c«ng rÊt dÔ ®¹t ®é chÝnh x¸c cÊp hai. M¸y mµi chñ yÕu dïng ®Ó gia c«ng l¸ng sau khi ®· gia c«ng trªn m¸y tiÖn, phay, bµo, v× lîng thõa gia c«ng trªn m¸y mµi rÊt Ýt, ph¹m vi lîng thõa còng chØ ®é vµi phÇn mêi mm. ¦u ®iÓm lín cña m¸y mµi lµ gia c«ng ®îc c¸c chi tiÕt ®· ®îc t«i mµ trªn nhiÒu m¸y kh¸c kh«ng lµm næi. Dïng ph¬ng ph¸p mµi dÔ ®¹t ®é chÝnh x¸c cao do lùc c¾t gät t¬ng ®èi lín, ®Æc biÖt lµ ®é dµy cña l¸t mµi máng, do ®ã c«ng viÖc mµi kh«ng thÓ tiÕn hµnh mét lÇn mµ cÇn ph¶i qua nhiÒu lÇn c¾t gät. II. Ph©n lo¹i m¸y mµi c«ng nghiÖp :

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 2

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ M¸y mµi c«ng nghiÖp

M¸y mµi trßn trong

M¸y mµi r¨ng

M¸y mµi trßn ngoµi

M¸y mµi c¾t

M¸y mµi mÆt ®Çu

C¸c lo¹i kh¸c M¸y mµi r·nh

M¸y mµi b»ng biªn ®¸

M¸y mµi trßn M¸y mµi v« t©m

M¸y mµi ph¼ng

§¸ mµi

Chi tiÕt a. M¸y mµi trßn ngoµi

b. M¸y mµi trßn trong

S¬ ®å gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y mµi trßn M¸y mµi trßn cã chuyÓn ®éng chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay cña ®¸ mµi, chuyÓn ®éng ¨n dao lµ di chuyÓn tÞnh tiÕn cña ô ®¸ däc trôc (¨n dao däc trôc) hoÆc di chuyÓn tÞnh tiÕn theo híng Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 3

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ ngang trôc (¨n dao ngang trôc) hoÆc chuyÓn ®éng quay cña chi tiÕt (¨n dao vßng). ChuyÓn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh ô ®¸ hoÆc chi tiÕt. III. TruyÒn ®éng ®iÖn cña m¸y mµi: 3.1. TruyÒn ®éng chÝnh : Th«ng thêng truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é nªn sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. ë nh÷ng m¸y mµi cì nÆng, ®Ó duy tr× tèc ®é c¾t kh«ng ®æi khi ®¸ bÞ mßn hay kÝch thíc chi tiÕt gia c«ng thay ®æi, thêng sö dông truyÒn ®éng ®éng c¬ cã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lµ D =(2 ÷ 4) : 1 víi c«ng xuÊt kh«ng ®æi. M¸y mµi trung b×nh vµ nhá v = 50 ÷ 80 m/s nªn ®¸ mµi cã ®êng kÝnh lín th× tèc ®é quay cña ®¸ kho¶ng 1000 vßng/phót. ë nh÷ng m¸y cã ®êng kÝnh nhá, tèc ®é ®¸ rÊt cao. §éng c¬ truyÒn ®éng lµ c¸c ®éng c¬ ®Æc biÖt cã tèc ®é 24000 ÷ 48000 vßng/phót hoÆc cã thÓ lªn tíi 150000 ÷ 200000 vßng/phót, ®¸ mµi g¾n trªn trôc ®éng c¬. Nguån cña ®éng c¬ lµ c¸c bé biÕn tÇn, cã thÓ lµ c¸c m¸y ph¸t tÇn sè cao - biÕn tÇn quay hoÆc lµ c¸c bé biÕn tÇn tÜnh - biÕn tÇn thyristor. M«men c¶n tÜnh trªn trôc ®éng c¬ thêng lµ 15 ÷ 20% m«men ®Þnh møc. M«men qu¸ tÝnh cña ®¸ vµ c¬ cÊu truyÒn lùc lín 500 ÷ 600% m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬, do ®ã cÇn h·m cìng bøc ®éng c¬ quay ®¸ vµ kh«ng yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ . 3.2. TruyÒn ®éng ¨n dao : M¸y mµi cì nhá, truyÒn ®éng quay chi tiÕt dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nhiÒu cÊp tèc ®é (®iÒu chØnh sè ®«i cùc p) víi D = (2 ÷ 4) : 1. ë c¸c m¸y lín th× dïng hÖ thèng bé biÕn ®æi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (BB§ - §M), hÖ K§T - §M cã D = 10 : 1 víi ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng. TruyÒn ®éng ¨n dao däc cña bµn m¸y trßn cì lín thùc hiÖn theo hÖ BB§ - §M víi d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é D = (20 ÷ 25) : 1 cßn truyÒn ®éng ¨n dao ngang sö dông thuû lùc. 3.3. TruyÒn ®éng phô : Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 4

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. 3.4. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt : §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng. Tuy vËy cã thÓ biÓu diÔn díi d¹ng biÓu thøc tæng qu¸t: M c = M co + ( M dm − M co )(

ω α ) ω dm

Trong ®ã : MC0 : M«men øng víi tèc ®é ω=0; M®m : M«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc ω®m Mc : M«men øng víi tèc ®é ω α : Sè mò phô thuéc vµo lo¹i c¬ cÊu s¶n xuÊt. Víi m¸y mµi nãi riªng vµ m¸y c¾t gät kim lo¹i nãi chung, α thêng nhËn hai gi¸ trÞ: 1 α=1 (øng víi truyÒn ®éng chÝnh M c = vµ P = ω const) α=0 (øng víi truyÒn ®éng ¨n dao Mc = M®m = const). Trong thùc tÕ, ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt kh«ng gi÷ ®îc cè ®Þnh theo mét quy luËt trong toµn bé ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é mµ thay ®æi theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc ®iÒu kiÖn tù nhiªn. §èi víi truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi trßn, nãi chung c«ng suÊt kh«ng ®æi (P = const) khi tèc ®é thay ®æi cßn m«men tû lÖ ngîc víi tèc ®é M c =

1 . ω

Nh vËy, ë tèc ®é thÊp, m«men cã thÓ lín nªn kÝch thíc c¸c bé phËn c¬ khÝ ph¶i chän lín lªn, ®iÒu ®ã kh«ng cã lîi. MÆt kh¸c, thùc tÕ s¶n xuÊt cho thÊy r»ng c¸c tèc ®é thÊp chØ dïng cho c¸c chÕ ®é lµm viÖc nhÑ (Fz vµ Pz nhá). V× vËy, ë vïng tèc ®é thÊp, ngêi ta gi÷ m«men kh«ng ®æi cßn c«ng suÊt thay ®æi theo quan hÖ bËc nhÊt víi tèc ®é. §èi víi truyÒn ®éng ¨n dao, nãi chung m«men kh«ng ®æi khi ®iÒu chØnh tèc ®é. Tuy nhiªn, ë vïng tèc ®é thÊp, lîng ¨n dao s nhá, lùc c¾t Fz bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u c¾t tíi h¹n t. Trong vïng Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 5

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ nµy, khi tèc ®é ¨n dao gi¶m, lùc ¨n dao vµ m«men ¨n dao còng gi¶m theo. ë vïng tèc ®é cao, t¬ng øng víi tèc ®é vz cña truyÒn ®éng chÝnh còng ph¶i lín, nÕu gi÷ Fad lín nh cò th× c«ng suÊt truyÒn ®éng sÏ qu¸ lín. Do ®ã, cho phÐp gi¶m nhá lùc ¨n dao trong vïng nµy, m«men truyÒn ®éng ¨n dao còng gi¶m theo. 3.5. §å thÞ ®Æc tÝnh phô t¶i cña m¸y mµi : F

F

z

ad

v 0

v gh

vz

0

a. TruyÒn ®éng chÝnh

v1

v2

v ad

b. TruyÒn ®éng ¨n dao

Mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã ®iÒu chØnh gäi lµ tèt nÕu ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña nã gièng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y. Khi ®ã, ®éng c¬ ®îc sö dông hîp lý nhÊt tøc lµ cã thÓ lµm viÖc ®Çy t¶i ë mäi tèc ®é. Nhê ®ã, hÖ thèng truyÒn ®éng ®¹t ®îc c¸c chØ tiªu n¨ng lîng cao. Nãi c¸ch kh¸c cã thÓ lùa chän ®éng c¬ cã kÝch thíc tèi u cho m¸y. Mét chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ®é æn ®Þnh tèc ®é ∆ω%. §êng ®Æc tÝnh c¬ β cµng cøng th× ®é æn ®Þnh tèc ®é cµng cao. Nãi chung truyÒn ®éng chÝnh yªu cÇu ∆ω% ≤ (5 ÷ 15)% cßn truyÒn ®éng ¨n dao yªu cÇu ∆ω% ≤ (5 ÷ 10)%.

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 6

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Ch¬ng II Chän ph¬ng ¸n truyÒn ®éng. TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ m¹ch lùc. I. C¸c ph¬ng ¸n truyÒn ®éng : Chän ph¬ng ¸n truyÒn ®éng lµ dùa trªn c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ kÕt qu¶ tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬, tõ ®ã t×m ra mét lo¹t c¸c hÖ truyÒn ®éng cã thÓ tho¶ m·n yªu cÇu ®Æt ra. B»ng viÖc ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¸c hÖ truyÒn ®éng nµy, kÕt hîp tÝnh kh¶ thi cô thÓ mµ ta cã thÓ lùa chän ®îc mét vµi ph¬ng ¸n hoÆc mét ph¬ng ¸n duy nhÊt ®Ó thiÕt kÕ. Tõ nh÷ng ph©n tÝch vÒ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn vµ nhiÖm vô thiÕt kÕ, ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn, ta ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬, gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi. Víi ph¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng ®éng c¬ kh«ng ®æi th× ta cã c¸c ph¬ng ¸n truyÒn ®éng sau: +HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (HÖ F-§). +HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh lu ®iÒu khiÓn thyristor®éng c¬ mét chiÒu . +HÖ thèng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§). +HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè (HÖ BiÕn tÇn - §éng c¬). Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 7

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ 1.1. HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (F-§) : HÖ thèng m¸y ph¸t - ®éng c¬ (hÖ F-§ hay Ward-LÐonard) lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mµ m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®îc cung cÊp tõ mét m¸y ph¸t ®iÖn riªng cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi søc ®iÖn trong mét ph¹m vi 3pha réng. F

DC

kt F

kt DC

- §Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng F - § + §Æc tÝnh c¬ hÖ F- § mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ § do cã thªm Rf. + Cã thÓ lµm viÖc ë c¶ bèn gãc phÇn t. + §iÒu chØnh Uktf dÉn ®Õn ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng t¶i cña ®éng c¬. - ¦u ®iÓm: + DÔ ®iÒu chØnh, vïng ®iÒu chØnh réng 30:1. + §¶o chiÒu ªm, tin cËy. - Nhîc ®iÓm + C«ng suÊt l¾p ®Æt b»ng ba lÇn c«ng suÊt vËn hµnh. + KÝch thíc l¾p ®Æt lín. + Vèn ®Çu t lín, ån. U~

1.2. HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh lu ®iÒu khiÓn BBD thyristor- ®éng c¬ mét chiÒu : Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

DC

8 kt DC

Líp T§H

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Do ®iÖn n¨ng ®îc s¶n xuÊt vµ ph©n phèi chñ yÕu ë d¹ng xoay chiÒu cã tÇn sè c«ng nghiÖp. §Ó cung cÊp cho c¸c ®éng c¬ mét chiÒu tõ líi ®iÖn xoay chiÒu, ph¶i dïng thiÕt bÞ biÕn ®æi. Nguyªn lý chung cña c¸c bé biÕn ®æi ®îc m« t¶ nh sau: C¸c van cho dßng ®iÖn ®i qua trong mét phÇn chu kú gäi lµ kho¶ng dÉn, vµ ng¾t m¹ch trong phÇn cßn l¹i cña chu kú (kho¶ng ®ãng). Trong thùc tÕ ngêi ta sö dông c¸c lo¹i van cã ®iÒu khiÓn thêi ®iÓm ®Çu kho¶ng th«ng nhng kh«ng thÓ ng¾t m¹ch khi dßng ®iÖn cha gi¶m vÒ kh«ng. §å thÞ biÒu diÔn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lµ nh÷ng ®êng cong phøc t¹p cã chøa thµnh phÇn mét chiÒu vµ xoay chiÒu. Do thµnh phÇn xoay chiÒu cã ¶nh hêng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh ph¸t nãng vµ chuyÓn m¹ch cña m¸y ®iÖn nªn ta ph¶i h¹n chÕ nã. - §Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng T- §. + HÖ chØ lµm viÖc ë gãc phÇn t thø nhÊt do c¸c van kh«ng cho dßng ®iÖn ch¹y theo chiÒu ngîc l¹i. + §Æc tÝnh c¬ mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn nhng cøng h¬n ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ F - §. - §Ó hÖ cã thÓ lµm viÖc ë c¶ bèn gãc phÇn t cña trôc, hÖ truyÒn ®éng T - § cã ®¶o chiÒu ra ®êi: +Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®æi nèi m¹ch phÇn øng. +Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn m¹ch kÝch tõ. +Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung Thyristo nèi ngîc. +Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung Thyristo nèi chÐo. +Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng. - ¦u ®iÓm: +§é t¸c ®éng nhanh cao. Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 9

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ +Kh«ng g©y ån. +DÔ tù ®éng ho¸ do c¸c van b¸n dÉn cã hÖ sè khuyÕch ®¹i c«ng suÊt cao. - Nhîc ®iÓm: +Van b¸n dÉn nªn th«ng sè ®Çu ra cã d¹ng phi tuyÕn cao. +D¹ng chØnh lu cã biªn ®é dËp m¹ch cao g©y tæn thÊt phô trong m¸y ®iÖn. +HÖ sè c«ng suÊt nãi chung lµ thÊp. 1.3. HÖ thèng ®iÒu Udc chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§) :

DC

kt DC

§iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®éng c¬ còng cã thÓ thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p xung, nÕu ta ®ãng ®éng c¬ vµo nguån vµ c¾t ra khái nguån víi mét tÇn sè kh«ng ®æi lóc ®ã ho¹t ®éng cña m¹ch t¬ng tù nh chØnh lu mét pha nöa chu kú. Khi ®ãng ®éng c¬ vµo nguån, n¨ng lîng ®îc truyÒn qua ®éng c¬. PhÇn chñ yÕu cña n¨ng lîng nµy ®îc truyÒn qua trôc ®éng c¬ vµo m¸y s¶n xuÊt, phÇn cßn l¹i ®îc tÝch ë d¹ng ®éng n¨ng vµ n¨ng lîng ®iÖn tõ. Khi ng¾t ®éng c¬ ra khái nguån, hÖ thèng truyÒn ®éng vÉn lµm viÖc nhê n¨ng lîng ®iÖn tõ ®ã. §Æc ®iÓm: - §é nh¹y cao, t¸c ®éng nhanh. - DÔ tù ®éng ho¸ - TÇn sè ®ãng c¾t lín 300 -:- 500Hz - Nhîc ®iÓm khi lµm viÖc ë vïng I gi¸n ®o¹n th× ®Æc tÝnh c¬ rÊt mÒm 1.4. HÖ thèng ®iÒu chØnh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha sö dông biÕn tÇn : Sinh viªn : §inh Minh T©n Líp T§H CH10 Sè hiÖu : CH06 4047 10

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ BiÕn ®æi tÇn sè lµ phÐp biÕn ®æi ®iÖn n¨ng mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu cã tÇn sè cè ®Þnh thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu cã tÇn sè biÕn ®æi nhê c¸c kho¸ ®iÖn tö. Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè cho phÐp më réng ph¹m vi sö dông truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp.Tríc hÕt chóng øng dông cho c¸c thiÕt bÞ cÇn thay ®æi tèc ®é nhiÒu ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cïng lóc nh c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng cña mét nhãm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¨ng l¨n,… Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy cßn ®îc ¸p dông c¶ trong nh÷ng thiÕt bÞ ®¬n lÎ, nhÊt lµ ë nh÷ng c¬ cÊu yªu cÇu tèc ®é lµm viÖc cao nh m¸y ly t©m, m¸y mµi… .

Bé biÕn tÇn ®îc nèi vµo líi cã tÇn sè f1,U1 kh«ng ®æi. §Çu ra cña nã lµ f2,U2 biÕn ®æi theo. §Ó biÕn ®æi tÇn sè, ngêi ta cã thÓ dïng c¸c thiÕt bÞ m¸y ®iÖn hoÆc b¸n dÉn víi nguyªn lý ho¹t ®éng vµ cÊu tróc kh¸c h¼n nhau. ¦u ®iÓm: + Lµ ph¬ng ph¸p cã rÊt nhiÒu triÓn väng. + Khi sö dông c¸c bé biÕn tÇn thÝch hîp cã thÓ ®¹t ®îc ®iÒu chØnh tr¬n. + Sö dông cïng víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nªn gi¶m ®îc chi phÝ m¸y ®iÖn. Nhîc ®iÓm: + Bé biÕn tÇn cßn t¬ng ®èi phøc t¹p nªn gi¸ thµnh chÕ t¹o cao. + NÕu sö dông bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp hiÖu suÊt sÏ gi¶m ®i so víi biÕn tÇn trùc tiÕp. Víi c¸c ®Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng mét chiÒu vµ xoay chiÒu trªn ®©y, ta thÊy r»ng c¸c ph¬ng ph¸p ®Òu cã thÓ øng dông vµo truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. ë ®©y, ta chän ®éng c¬ kh«ng ®ång bé víi ph¬ng ph¸p biÕn ®æi tÇn sè lµ v× c¸c lý do chñ yÕu sau ®©y: Sinh viªn : §inh Minh T©n Líp T§H CH10 Sè hiÖu : CH06 4047 11

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ + §©y lµ lo¹i m¸y ®iÖn cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n. + Sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp còng nh ®êi sèng. + Sö dông ®iÖn ¸p xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp, dÔ dµng cho viÖc l¾p ®Æt, vËn hµnh vµ sö dông. + BiÕn tÇn lµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, trong t¬ng lai sÏ ®îc sö dông nhiÒu h¬n khi mµ c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn víi u thÕ ngµy cµng ph¸t triÒn. + Cã kh¶ n¨ng lËp tr×nh, tiÖn lîi cho ghÐp nèi m¸y tÝnh, nÒn t¶ng cho ph¸t triÓn sau nµy. + Vµ cuèi cïng lµ tÝnh kinh tÕ cña sö dông biÕn tÇn. II.TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ : C¸c th«ng sè kü thuËt hÖ thèng - M«men cùc ®¹i (Mmax): 25 [ Nm ] - Tèc ®é quay chi tiÕt (n): 48 ÷480 [ Vßng/phót ] - Tû sè truyÒn (i): 3 - HiÖu suÊt (η): 0,8 - M«men qu¸n tÝnh c¬ cÊu (J): 0,009 (kg/s2) §Ó tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ trong trêng hîp truyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh tèc ®é, ta cÇn x¸c ®Þnh c¸c yªu cÇu c¬ b¶n sau: • §Æc tÝnh phô t¶i truyÒn ®éng Pc(ω), Mc(ω): Phô t¶i truyÒn ®éng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é víi M = const. Khi ®ã, c«ng suÊt yªu cÇu cùc ®¹i Pmax = M®m.ωmax

ω

M c = const ωmax

ωmin 0

M

c

§Æc tÝnh phô t¶i • Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ωmax vµ ωmin. Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 12

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ ωmin = i. ωcmin = i.

48 n min * 2 * π =3. 9.55 60

144.2 ( v/ph ) ωmax = i. ωcmax = i.

= 15.079(rad/s) => nmin =

480 n max * 2 * π =3. = 150.79(rad/s) 9.55 60

= 1440 ( v/ph ) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é:

=> nmax

ω max 150.79 = = 10:1 15.079 ω min

Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vµ bé biÕn ®æi trong hÖ thèng truyÒn ®éng: Víi lo¹i ®éng c¬ c«ng suÊt nhá th× viÖc dïng bé b¨m xung ¸p mét chiÒu lµ phï hîp. V× thiÕt bÞ b¨m xung lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao (theo tÝnh to¸n lµ xÊp xØ b»ng 1); Ýt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é vµ ®iÒu kiÖn m«i trêng v× tham sè ®iÒu kiÓn lµ thêi gian ®ãng më; ®Æc biÖt lµ cã kÝch thíc nhá gän (tÝnh c¶ läc), nªn rÊt phï hîp • Lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng: ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §Æc ®iÓm cña phô t¶i truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn lµ gi÷ M = const trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é. Do ®ã, ta cã yªu cÇu c«ng suÊt cùc ®¹i 1 1 1 *M®m*ωmax = η *Mcmax*ωcmax = *25 *150.78 = 0.8 η 4712.389(W) Pmax ≅ 4.7 (kW) Ngoµi ra cßn cÇn ph¶i chän hÖ sè an toµn vÒ c«ng suÊt trong trêng hîp qu¸ t¶i, lÊy hÖ sè an toµn k =1,3 ( k=1,2 ÷ 1,5 ) => P®c = 1.3*4.7 = 6.126 ( kW ) Víi c«ng suÊt tÝnh to¸n P = 6.12(kW) th× ta chän lo¹i ®éng c¬ mét chiÒu lo¹i ®éng c¬ NH_205 ( cã vá b¶o vÖ ,cã c¸c th«ng sè sau ) : KiÓu ®éng c¬ NH_205. C«ng suÊt P®m = 6.5 (kW).

Pmax =

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 13

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Tèc ®é n®m = 550-:-1650 (v/ph). Dßng ®iÖn ®m I = 37.5-:-43 (A). Sè thanh dÉn t¸c dông cña phÇn øng lµ N = 1112. Sè nh¸nh song song cña phÇn øng lµ 2a = 2. §iÖn trë r = r+rcp = 0,58 ( Ω ). §iÖn trë cuén æn ®Þnh nèi tiÕp rckn = 0,0036( Ω ). §iÖn trë cuén æn ®Þnh song song rcks = 120 ( Ω ). Sè vßng trªn mét cùc cña cuén song song wcks = 1800. Tõ th«ng ®Þnh møc cña cùc tõ phô Φ =6.6*10-3 (Vb). M« men qu¸n tÝnh cña phÇn øng J = 0,085 2 kg.s . Dßng ®iÖn kÝch tõ Ikt = 1.48 A Khèi lîng cña ®éng c¬ Q=480(kg). 0.1.X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng c¬ 2 * π * ndm = 172.7876rad 60 9,55 Mdm=Pdm. * ωdm=6500 1650 = 37.637 Nm

ωdm =

§iÖn c¶m phÇn øng L = k L *

U dm 220 = 5,6 * = 1.55*10-3( I dm * p * ndm 43 * 2 * 1650

H) => L = 1.55*10-3 (mH) Trong ®ã : - kL lµ hÖ sè lÊy gi¸ trÞ 5,5 ÷ 5,7 ®èi víi m¸y ®iÖn kh«ng bï vµ ( kL= 1,4 ÷ 1,9 ®èi víi m¸y ®iÖn cã bï ); - p lµ sè ®«i cùc.  kΦ®m =

U dm − I dm * R 220 - 33 * 0.55 = = 1.12 => kΦ dm = 1.12 ω dm 154.985

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 14

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬  Søc ®iÖn ®éng phÇn øng : Eu = kΦ®m *ωdm = 1.12*172.7876 =193.32 ( V ) Eu = 193.32 ( V )  Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: ω=

Uu R 220 0.58 − M = − M = 196.43 – 0.44*M 2 kΦ (kΦ) 1.12 (1.12) 2

 Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp: ω=

Uu R 220 0.58 − Iu = − I u = 196.43 – 0.49*I kΦ kΦ 1.12 1.12

 M«men qu¸n tÝnh J = J® + Jc = 0,085+0.009 = 0.094 (kg.s2) R .J

Σ  H»ng sè thêi gian c¬ häc Tc = (kΦ ) 2 = dm

2 * 0.58 * 0,094 = 0,692 (s) (1.12) 2

Lu 1.55 * 10 −3  H»ng sè thêi gian m¹ch phÇn øng T = R = 0.58 = 2.7*10-3 (s) Σ U R  XÐt ®¸p øng ®éng c¬ : ω = u − M kΦ (kΦ) 2

tõ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ øng víi Mcc = 25 Nm ë tèc ®é min ta cã : ωmin = 15.07 n min = 144 v/ph Umin = 26.66 V ωmax = 150.79 nmax = 1440v/ph Umax = 162.37 V => U min * kΦ dm Mk® = Mnm = R = 51.434 Nm u

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 15

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Trong d¶i ®iÒu chØnh khi ë tèc ®é nhá nhÊt vÉn ®¶m b¶o 0.8*Mk® > 1.25*Mc nªn ®éng c¬ ®¶m b¶o cho hÖ thèng lµm viÖc b×mh thêng III. TÝnh to¸n m¹ch lùc : Ta U~

DC

kt DC

cã s¬ ®å

khèi m¹ch ®éng lùc : D531

BA

D264

3.1. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p nguån : do ®éng c¬ cã c«ng xuÊt trung b×nh nªn dßng ®iÖn khëi ®éng Ik® = ( 2-:-2.5 )I®m vµ D = 10:1 vµ Udc = 26.66 -:- 162,37( V ) kh«ng thÓ dïng nguån ®iÖn 3 pha chØnh lu trùc tiÕp ®Ó lµm nguån cho bé ®iÒu khiÓn xung ¸p ®îc v× lóc ®ã ®éng c¬ lµm viÖc víi ®iÖn ¸p cã sãng hµi hÖ sè bËc cao vµ lµm ®Æc tÝnh ®iÒu khiÓn ®éng c¬ rÊt sÊu Nªn bé biÕn ®æi cÇn cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®¶m b¶o cÊp nguån cho ®éng c¬ mét chiÒu ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu : søc ®iÖn ®éng bé biÕn ®æi Ebd

≥ Udmdc ®Ó ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cÊp cho

®éng c¬ lµm viÖc ®îc trong chÕ ®é dßng ®iÖn cùc ®¹i, h×nh d¹ng ®iÖn ¸p t¬ng ®èi b»ng ph¼ng : Do ®ã MBA cÊp nguån cho bé chØnh lu ph¶i cã ®iÖn ¸p ra :

γ 1 * 0.9 * U do = γ 2 .Eudm + ∑ U v + I um· .Ru1 + ∆U ym· Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 16

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬  Trong ®ã: Udo: §iÖn ¸p kh«ng t¶i cña chØnh lu γ 1 =0,95: hÖ sè tÝnh ®Õn sù suy gi¶m líi ®iÖn γ 2 =1,05: hÖ sè dù tr÷ BAN

Imax:dßng cùc ®¹i phÇn øng ®éng c¬ .Chän Imax=(2-2,5)Idm

Chän Imax=2*Idm=2.43=96(A)

∑U

v

Tæng sôt ¸p trªn van . Mçi thêi ®iÓm chØ cã hai

dÉn nªn

∑U

v

=2.Uv=2.1,6=3,2(V)

E®m=U®m-I®mR = 193.32( V ) VËy Udo=(γ2.E®m+ ∑ U v +Imax.R1 )/( 0.9 * γ1 ) = = ( 1.05 * 193.32 + 3.2 + 96*0.58 ) / (0.9 * 0.95) = 305.91 ( V ) ⇒Uvo=Udo/2,34=130.73 (V)  MBA ®Êu theo kiÓu ∆/Y .§iÖn ¸p líi U1=380V tØ sè biÕn ¸p : U1

KBAN= U . 1 vo

=

3

380 116.12.

1

= 5.67

3

 Dßng hiÖu dông thø cÊp BAN I2=

2 Id = 3

2 .33 = 26.94( A) 3

C«ng suÊt ®Þnh møc BAN: SBAN=1,05.Udo.Id®m=1,05*305.91*46 = 14.77 (KVA) * TÝnh ®iÖn c¶m vµ ®iÖn trë cña m¸y biÕn ¸p: Sinh viªn : §inh Minh T©n Líp T§H CH10 Sè hiÖu : CH06 4047 17

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Chän MBA cã lâi thÐp m¹ch tõ,hÖ sè tõ c¶m Bm=1,1(T) -§iÖn trë cuén d©y Rba = K .

Ud S . f .Bm . I d . f .Bm U d .I d

Trong ®ã: K:hÖ sè s¬ ®å chØnh lu,víi s¬ ®å cÇu 3 pha K=2,5 S=3:sè trô cña MBA f=50(Hz):tÇn sè ®iÖn ¸p nguån Rba = 2,5.

220 3.50.1,1 . = 0.0307(Ω) 43.50.1,1 220.43

-§iÖn kh¸ng cña MBA Ud Lba=K1. I d . f .B.

4

1 S .B. f U d .I d

K1=0,3.10-3:hÖ sè phô thuéc s¬ ®å chØnh lu: 220 1 = 1.014 *10 −5 (mH ) -3 Lba=0,3.10 . 43.50.1,1 4 3.1,1.50 220.43

3.2 TÝnh chän c¸c ®ièt trong m¹ch chØnh lu : 1. TÝnh chän ®ièt cho bé chØnh lu cÇu 3pha cÊp nguån cho bé biÕn ®æi : o Dßng trung b×nh qua §ièt ID= 1/3*Id®m =1/3 * 46 = 15.33 (A) o dßng cùc ®¹i qua mçi tiristor IDmax=1/3*Idmax = 1/3 * 92 = 30.67 (A) o §iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i mçi §ièt ph¶i chÞu Ungmax= 2 Uvo= 2 *130.73=184.88(V)

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 18

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña c¸c §ièt lµ :Ku=1.5 vµ Ki=1.5 VËy tiristor ph¶i chÞu ®îc ®iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i lµ Ung =1,5.182,24=277.32(V) o ChÞu ®îc dßng trung b×nh khi dÉn

IT = 1.5 * 15.33 =

22.995 (A) o ChÞu ®îc dßng cùc ®¹i khi dÉn Ingmax =1.5 * 30.67 = 45.99 (A) TÝnh chän lo¹i §ièt lo¹i ( tra trong phÇn mÒm CricuitMaker) Chän Diot lo¹i 8AF4NPP cã c¸c th«ng sè nh sau: o Unmax= 400(V) o I®m = 50(A) o ∆U = 1.6 (V) o dU/dt=300 (V/s) o Tmax=1250C 2.TÝnh cuén kh¸ng läc: Ta cã L ≈ 0,032(H) vµ do thµnh phÇn dßng xoay chiÒu nªn gi¸ trÞ dßng ®iÖn ®Þnh møc ®éng c¬ gi¶m. Dßng ®iÖn xoay chiÒu cßn g©y ¶nh hëng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch ë vµnh gãp m¸y ®iÖn. Cô thÓ do ¶nh hëng cña dßng xoay chiÒu bËc m, tõ trêng cña c¸c cÆp cùc chuyÓn m¹ch bÞ chËm l¹i 900 so víi dßng ®iÖn ®iÒu hßa bËc m. §iÖn ¸p chuyÓn m¹ch chËm trÔ sÏ kh«ng bï ®îc ®iÖn ¸p ph¶n øng phÇn øng v× sôt ¸p xoay chiÒu ∆ U2 kh«ng thÓ t¨ng nh¶y cÊp. ∆ U2 = c*Iσ*n = c*σI*I®m*n = Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

U do g σ n U d 0 n0 n0 = gc L∑ n0 L∑

Líp T§H 19

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ n

Trong ®ã gc = gσ( n ) 0 n – lµ tèc ®é quay cña ®éng c¬ (vg/ph) n0 – tèc ®é quay kh«ng t¶i lý tëng cña ®éng c¬. Tõ nh÷ng lý luËn trªn ta rót ra gi¸ trÞ ®iÖn c¶m cÇn thiÕt nèi vµo m¹ch mét chiÒu. U d 0. n0

Ld = . I [σ n] . g c max - L ddm i cf Tèc ®é kh«ng t¶i lÝ tëng cña ®éng c¬: Uu

220

ω0 = . kΦ = 1,274 = 172,79 (rad/s) dm VËn tèc nhá nhÊt cÇn ®iÒu chØnh: ω = 15.1 (rad/s) Tra ®å thÞ øng víi

ω 15.1 = = 87.3*10-3 ta cã gcmax t¬ng øng ω0 172.79

→ Ld = 1.748 –1.55 ≈ 0.2 mH

Chän Lk=0.2(mH) 3. TÝnh chän ®ièt cho bé chØnh lu tia 3pha cÊp nguån cho cuËn kÝch tõ ®éng c¬ : Tra sæ tay ta ®îc c¸c th«ng sè sau : Tõ c¸c th«ng sè ®éng c¬ ta cã I KT®m= 1.48 (A) vµ RCKS= 120 (Ω) Ta cã ®iÖn ¸p m¹ch chØnh lu: Ud=Udo=IKT®m.RCKS= 1.48 * 120 =177.6(V) ⇒Udv=Uv/1.35 ⇒Uvo ≈ 131.56 (V) BAKT:biÕn ¸p nguån lÊy ®iÖn tõ biÕn ¸p cÊp cho ®éng c¬ TÝnh chän biÕn ¸p nguån BAN: BAN ®Êu theo kiÓu ∆/Y.§iÖn ¸p líi UL=380 (V) Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 20

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ ⇒ TØ sè biÕn ¸p KBAKT=U1/

U vo

131.56 = 380 /( )) = 5 3 3

dßng ®iÖn hiÖu dông thø cÊp BAKT : I2=

2 2 . Id= .1.48 = 1.21(A) 3 3

Dßng hiÖu dông s¬ cÊp BAN I1=(1/KBAKT)*I2=(1/5)*5 = 1 (A) C«ng suÊt ®Þnh møc BAKT: SBAKT=1.05.Udo.Id®m=1.05 * 177.6 * 1.48 = 276 ( VA )  TÝnh chän c¸c Diot trong c¸c m¹ch lu chØnh: Dßng trung b×nh qua Diot IT=1/3 * Id®m =1/3 * 1.48 = 0.5 ( A ) §iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i mçi tiristor ph¶i chÞu Ungmax =

2 Uvo =

2 *131.56 = 186 ( V )

Chän hÖ sè dù tr÷ vÒ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña c¸c tiristor lµ :Ku=1,5 vµ Ki=1,5 VËy tiristor ph¶i chÞu ®îc ®iÖn ¸p ngîc cùc ®¹i lµ Ung =1,5 * 186 = 279 ( V )

ChÞu ®îc dßng trung b×nh khi dÉn

I T=1.5 * 0.5 = 1.5 ( A

) Chän Diot lo¹i 1N5404 cã c¸c th«ng sè nh sau: o Unmax= 400(V) o I®m = 3(A) o ∆U = 0.55(V) o

dU/dt=300(V/s)

o Tmax=1250C Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 21

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ 3.3 TÝnh to¸n c¸c thiÕt bÞ b¶o vÖ cho van: 1. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt Van b¸n dÉn bÞ háng khi nhiÖt ®é mÆt ghÐp vît qu¸ nhiÖt ®é giíi h¹n cho phÐp. Khi van lµm viÖc, nhiÖt ®é mÆt ghÐp t¨ng lªn do cã tæn hao bëi nh÷ng nguyªn nh©n sau: o Dßng rß ch¹y qua van khi kho¸ o §iÖn ¸p thuËn r¬i trªn van khi dÉn o Tæn hao do c¸c xung kÝch ®Ó më van o Tæn hao do chuyÓn m¹ch phô thuéc tÇn sè chuyÓn m¹ch. ë ®©y ta chØ xÐt ®Õn tæn hao do ®iÖn ¸p thuËn r¬i trªn van khi dÉn vµ bá qua c¸c tæn hao kh¸c vi` kh«ng ®¸ng kÓ. C«ng suÊt tæn hao: ∆P=∆U.Ihdv trong ®ã: ∆P : c«ng suÊt tæn hao trªn van ∆U: ®iÖn ¸p r¬i trªn van khi dÉn( 1,6V) Ihdv: dßng ®iÖn trung binh ch¹y qua van, Ihdv = 23 (A) VËy: ∆P=1.6 * 23 = 36.8 (W) V× tæn hao lµ kh¸ lín nªn ta chän ph¬ng thøc lµm m¸t b»ng qu¹t. 2. B¶o vÖ ng¾n m¹ch vµ b¶o vÖ qu¸ t¶i a. B¶o vÖ qu¸ t¶i Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 22

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Để bảo vệ van kh«ng bị qu¸ tải, ta mắc aptomat ở phÝa đầu vào của bộ biến đổi với c¸c th«ng sè aptomat thÝch hîp th× b¶o vÖ ®îc §ièt trong trêng hîp qu¸ t¶i phÝa ®éng c¬ , rơle nhiệt của aptomat sẽ t¸c ®éng cắt bộ biến đổi ra khỏi lưới. Dßng điện định mức của Aptomat thường chọn trong khoảng (1,1-1,3) lần dßng điện thực tế : IATdm=1.1 * I2=1.1 *

26.94 = 29.63(A) chän IAT®m =

30(A) UATdm=220(V) Dßng ®iÖn qu¸ t¶i : Iqt=2.5 * I2=2.5 * 26.94 = 67.3 ( A ) b. B¶o vÖ ng¾n m¹ch: Dïng d©y ch¶y t¸c ®éng nhanh ®Ó b¶o vÖ ng¾n m¹ch c¸c §ièt, ng¾n m¹ch ®Çu ra cña bé chØnh lu Dßng ®iÖn ®Þnh møc cña d©y ch¶y I1dc=1.1 * I2=1.1 * 15.33 = 16.86 ( A ) chän I1CC = 17 ( A )

Ch¬ng III : ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. Nguyªn lý Nguyªn lý chung lµ biÕn ®æi gi¸ trÞ cña ®iÖn ¸p mét chiÒu ë c¸c møc kh¸c nhau. Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 23

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Ur US

BB§ mét chiÒ u

a

Ur a

t1

t

t2 T

Ura lµ mét d·y xung vu«ng (lý tëng) cã ®é réng t1 vµ ®é nghØ t2. §iÖn ¸p ra b»ng gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p xung. Nguyªn lý c¬ b¶n cña c¸c bé biÕn ®æi nµy lµ ®iÒu khiÒn c¸c phÇn tö c«ng suÊt b»ng ph¬ng ph¸p xung. §Ó cã hiÖu suÊt lín th× ®iÖn ¸p sôt trªn c¸c phÇn tö c«ng suÊt ë tr¹ng th¸i më ph¶i nhá, dßng qua nã ë tr¹ng th¸i më rÊt nhá. Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ra Cã hai ph¬ng ph¸p:  Thay ®æi ®é réng xung (t1).  Thay ®æi tÇn sè xung (T hoÆc f). 1. Ph¬ng ph¸p thay ®æi ®é réng xung Néi dung cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi t1, gi÷ nguyªn T ⇒ Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra khi thay ®æi ®é réng lµ: U tai =

trong ®ã ®Æt: ε =

t1 .U S = ε .U S T

t1 lµ hÖ sè lÊp ®Çy, cßn gäi lµ tØ sè chu T

kú. Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 24

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Nh vËy theo ph¬ng ph¸p nµy th× d¶i ®iÒu chØnh cña Ura lµ réng (0 < ε ≤ 1). 2. Ph¬ng ph¸p thay ®æi tÇn sè xung Néi dung cña ph¬ng ph¸p nµy lµ thay ®æi T, cßn t1=const. Khi ®ã: U tai =

t1 .U S = t1 . f .U S T 1

VËy Ura=US khi f = t vµ Ura=0 khi f=0. 1 Ngoµi ra cã thÓ phèi hîp c¶ hai ph¬ng ph¸p trªn. Thùc tÕ ph¬ng ph¸p biÕn ®æi ®é réng xung ®îc dïng phæ biÕn h¬n v× ®¬n gi¶n h¬n, kh«ng cÇn thiÕt bÞ biÕn tÇn ®i kÌm.Do yªu cÇu c«ng nghÖ kh«ng cÇn ®¶o chiÒu ®éng c¬ nªn ta chØ xÐt tíi c¸c s¬ ®å kh«ng ®¶o chiÒu. Dùa vµo c¸ch m¾c kho¸ xung, c¸c bé läc vµ nguån cung cÊp mµ cã c¸c d¹ng s¬ ®å sau: 1. BiÕn ®æi h¹ ¸p:

U S

Ur

L1

C

D1

S¬ ®å nguyªn lý nh sau:

a

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Z

T¶i

läc

Líp T§H 25

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ PhÇn tö ®iÒu chØnh quy íc lµ kho¸ K ( thùc tÕ lµ Tiristor hoÆc Tranzitor). §Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ kho¸ K, cuén c¶m vµ t¶i m¾c nèi tiÕp. T¶i cã tÝnh chÊt c¶m kh¸ng hoÆc dung kh¸ng. Bé läc L & C. §i-«t m¾c ngîc víi Ura ®Ó tho¸t dßng t¶i khi kho¸ K ng¾t. + K ®ãng ⇒ US ®îc ®Æt vµo ®Çu cña bé läc. Lý tëng th× Ut¶i = US (nÕu bá qua sôt ¸p trªn c¸c van trong bé biÕn ®æi). + K më ⇒ hë m¹ch gi÷a nguån vµ t¶i, nhng vÉn cã dßng It¶i do n¨ng lîng tÝch luü trong cuén L vµ Lt¶i, dßng ch¹y qua D, do ®ã Ura=Ut¶i’ =0. Nh vËy, Ut¶i tb ≤ US. T¬ng øng ta cã bé biÕn ®æi h¹ ¸p. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: WI =

U tai =α US

2. BiÕn ®æi t¨ng ¸p: S¬ ®å nh sau: D1

L1

U

Ur

S

C

K

a

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

T¶i

läc

Líp T§H 26

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ §Æc ®iÓm: L1 nèi tiÕp víi t¶i, Kho¸ K m¾c song song víi t¶i. Cuén c¶m L1 kh«ng tham gia vµo qu¸ tr×nh läc gîn sãng mµ chØ cã tô C ®ãng vai trß nµy. + K ®ãng, dßng ®iÖn tõ +US qua L1 → K → -US. Khi ®ã D t¾t v× trªn tô cã UC (®· ®îc tÝch ®iÖn tríc ®ã). + K ng¾t, dßng ®iÖn ch¹y tõ +US qua L1 → D → T¶i. V× tõ th«ng trong L1 kh«ng gi¶m tøc thêi vÒ kh«ng do ®ã trong L1 xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng tù c¶m eL = w

dΦ , cã cïng cùc tÝnh US. dt

Do ®ã tæng ®iÖn ¸p: U=US+eL → lµm D th«ng → Ut¶i=US+eL. VËy ta cã bé biÕn ®æi t¨ng ¸p. §Æc tÝnh cña bé biÕn ®æi lµ tiªu thô n¨ng lîng tõ nguån US ë chÕ ®é liªn tôc vµ n¨ng lîng truyÒn ra t¶i díi d¹ng xung nhän. §Æc tÝnh truyÒn ®¹t: WI =

U tai 1 = US 1− ε

3. BiÕn ®æi ®¶o cùc: S¬ ®å m¾c nh sau: K

Ur

L1

U

D1

C

S a

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

T¶i

läc

Líp T§H 27

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ L1 chØ ®ãng vai trß tÝch luü n¨ng lîng. C ®ãng vai trß läc. + K ®ãng, trªn L1 cã US, dßng ch¹y tõ +US → K → L1 → -US. N¨ng lîng tÝch luü trong cuén c¶m L1; ®i-«t D t¾t; Ut¶i=UC, tô C phãng ®iÖn qua t¶i. + K ng¾t, cuén c¶m L1 sinh ra søc ®iÖn ®éng ngîc chiÒu víi trêng hîp ®ãng ⇒ D th«ng ⇒ n¨ng lîng tõ trêng n¹p vµ C, tô C tÝch ®iÖn; Ut¶i sÏ ngîc chiÒu víi US. VËy ®iÖn ¸p ra trªn t¶i ®¶o dÊu so víi US. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi | Ut¶i| cã thÓ lín h¬n hay nhá h¬n US. 4. BiÕn ®æi c«ng suÊt lín theo nguyªn lý nhiÒu nhÞp: §Æc ®iÓm: M¾c song song n bé biÕn ®æi riªng lµm viÖc cïng mét t¶i vµ nguån US. §Ó gi¶m ®é gîn sãng cña It¶i vµ Ut¶i , c¸c kho¸ K1, K2, K3, … lµm viÖc lÖch pha nhau mét gãc 2π/n. Khi ®ã mçi bé biÕn ®æi chÞu dßng ®iÖn It¶i/n ; tÇn sè lµm viÖc f=fΣ/n. Cã thÓ lµm viÖc ë hai chÕ ®é : lÇn lît vµ ®ång thêi. NhËn xÐt: C¸c bé biÕn ®æi (3 & 4) cã u ®iÓm ë chç lµ cho phÐp nhËn ®îc ®iÖn ¸p ra t¶i Ut¶i cao h¬n ®iÖn ¸p nguån cung cÊp US, song chóng chØ thÝch hîp víi d¶i c«ng suÊt nhá nªn Ýt th«ng dông. I.

Chän

van m¹ch lùc.

DC

Ucl

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

kt DC

Líp T§H

28

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Víi th«ng sè ®éng c¬ ®· tÝnh to¸n ë trªn ta chän : I®m = 46 A , U®m = 220 V => - IGBT lo¹i IRGBC40S cã Idm = 50 A, Udm = 600 V, ts = 27.2 ns Ic/A = 20 A, Pdmax = 200W - §ièt lo¹i 60HF40 Idm = 60 A, Udm = 400 V, r = 1.8 V II.

ThiÕt kÕ m¹ch trî gióp.

Thùc tÕ lµ tæn hao chuyÓn m¹ch cña tranzitor c«ng suÊt lín h¬n rÊt nhiÒu so víi trêng hîp nã lµm viÖc víi t¶i x¸c ®Þnh. MÆt kh¸c, so víi tiristor kh¶ n¨ng chÞu qu¸ t¶i cña tranzitor kÐm h¬n. Trong trêng hîp cô thÓ lµ tranzitor ph¶i lµm viÖc nh mét kho¸ ®iÖn tö ®ãng c¾t m¹ch ®iÖn víi tÇn sè ®ãng c¾t lín, th× tæn thÊt n¨ng lîng khi chuyÓn tr¹ng th¸i lµ ®¸ng kÓ, v× n¨ng lîng tæn thÊt tØ lÖ víi tÇn sè ho¹t ®éng cña Tranzitor. V× vËy, ®Ó gi¶m nhá tæn thÊt khi chuyÓn m¹ch vµ tr¸nh cho tranzitor lµm viÖc qu¸ nÆng nÒ th× ngêi ta sö dông thªm c¸c m¹ch ”trî gióp”. C¸c phÇn tö chñ yÕu cña m¹ch trî gióp lµ L2 vµ C2 . Chøc n¨ng cña L2 lµ h¹n chÕ sù t¨ng cña ic trong qu¸ tr×nh tranzitor ®ãng m¹ch, cßn tô ®iÖn C2 cã t¸c dông lµm chËm sù t¨ng cña VCC trong qu¸ tr×nh tranzitor c¾t m¹ch. S¬ ®å m¹ch trî gióp nh sau:

T¶i c¶m

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

D2 DIODE

L2 1uH

R1 1k

29

Q1 NPN

Líp T§H D1 DIODE

R2 1k C2 1uF

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Khi biÓu diÔn m¹ch lùc trªn s¬ ®å nguyªn lý ta kh«ng ®a thªm c¸c m¹ch trî gióp vµo nh»m ®¬n gi¶n ho¸ m¹ch nhng thùc tÕ mçi tranzitor sö dông ®Òu thiÕt kÕ m¹ch trî gióp ®i kÌm. I,C¸c khèi c¬ b¶n cña m¹ch ®iÒu khiÓn 1. M¹ch t¹o dao ®éng: +12V

VF1

+

+12V -12V +Vcc -Vcc R21

U3 VCC

+

R19 4.7kOhm

RESET CONT

R18 470Ohm

OUT

C4 670nF

DISC

R20

TRIG

C5

GND

THRES

§Ó t¹o ®îc xung vu«ng víi tÇn sç 400Hz ta sö dông vi m¹ch t¹o dao ®éng Timer 555 víi c¸c th«ng sè cho nh trªn: S¬ ®å thay thÕ cña vi m¹ch nh sau:

cc

R1

R2 C

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 30

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Q :Tr¹ng th¸i (møc logic)dÇu ra t¹i thêi ®iÓm t,lµ ®Çu ra ®¶o

cña FF trong vi m¹ch Nguyªn lý ho¹t ®éng: Khi Q =1 th× Transistor dÉn b·o hoµ ,tô dÉn ®iÖn qua Transistor nªn ®iÖn ¸p trªn tô Uc gi¶m 1 3

Khi tô Uc gi¶m tíi Uc= Vcc − ε th× Q =0. 2 3

Khi Uc t¨ng tíi Uc= Vcc + ε th× Q =1 Transistor l¹i dÉn b·o hoµ. Kho¶ng thêi gian t1 phô thuéc vµo τn¹p,víi τn¹p=(R1+R2)C Kho¶ng thêi gian t2 phô thuéc vµo τphãng ,víi τphãng=R2C Qua tÝnh to¸n ta ®îc t1=(R1+R2)Cln2 t2= R2Cln2 Chän C=0,067µF;R2=0,4kΩ ⇒R1=52kΩ;ta sÏ ®îc tÇn sè dao ®éng cña Timer lµ f=400Hz 2. M¹ch t¹o xung r¨ng ca: Ta sö dông m¹ch nh sau: +12V

R8 - 1k R10 - 1k C2 6.6uF

Sinh viªn R9 - :1k§inh Minh T©n T1 CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 31

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Víi c¸c th«ng sè ®îc chän nh sau: Transistor: Chän lo¹i npn 2N1613; P = 1W, ICEmax = 1A, UCemax = 100V Trong s¬ ®å nµy th× Vcc, R t¹o ra nguån dßng vµ nguån dßng nµy ®îc n¹p cho tô C I=

Vcc R

Nguyªn lý ho¹t ®éng: -Khi T2 bÞ kho¸ (Kh«ng cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo cùc gèc):Tô C ®îc n¹p ®iÖn t

1 Vcc .t = A.t = const , Uc= ∫ Idt = C0 R

®iÖn ¸p ®ång bé r¨ng ca tuyÕn tÝnh víi thêi gian -Khi T2 th«ng (Cã ®iÖn ¸p ®Æt vµo cùc gèc):Lóc nµy tô C phãng ®iÖn qua T2 nªn Uc nhanh chãng gi¶m vÒ 0 (Coi R≅0) 3. Kh©u khuyÕch ®¹i : Sö dông khuyÕch thuËt to¸n kh«ng ®¶o TL084 víi s¬ ®å nh sau: Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 32

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

3

Uv

+

+ OP3 -

6

Ur

4

2

7

+12V

R1

R12

-12V

Víi khuyÕch thuËt to¸n trªn ta dÔ dµng tÝnh ®îc hÖ sè khuyÕch ®¹i cña m¹ch K=

R1 + R2 R2

Thay ®æi c¸c th«ng sè R1 vµ R2 cña m¹ch ta sÏ cã t¬ng øng víi 1 ®iÖn ¸p ®Çu vµo sÏ cã mét ®iÖn ¸p ®Çu ra cã ®é lín gÊp K (tuú ý)lÇn ®iÖn ¸p ®Çu vµo . 5. Kh©u so s¸nh :

R10 - 1k

3

OP2 + + 7

Uv

2

4

Ta sö dông vi m¹ch LMC6762A/NS víi s¬ ®å nh sau:

+12V R12-30k

6

Ur

+12V VR2 - 5k

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 33

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ M¹ch so s¸nh lµ m¹ch b¸o hiÖu sù b»ng nhau gi÷a ®iÖn ¸p cÇn so s¸nh Uv vµ ®iÖn ¸p chuÈn Uref . §Çu ra cña m¹ch so s¸nh lµ møc logic cao hoÆc thÊp (®iÖn ¸p ra d¹ng xung vu«ng cã ®é lín phô thuéc vµo ®iÖn ¸p b·o hoµ cña vi m¹ch so s¸nh vµ cã ®é rçng xung phô thuéc vµo ®iÖn ¸p chuÈn), Nguyªn lý ho¹t ®éng: -Khi Uv>Uref th× Ur=Ubh ≈ Vcc -Khi Uv
Líp T§H 34

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ hiÓm cho ®éng c¬ khi bÞ qu¸ t¶i vµ g©y háng hãc cho c¸c bé phËn truyÓn lùc . + §Ó gi¶i quyÕt m©u thuÉn gi÷a yªu cÇu vÒ æn ®Þnh tèc ®é vµ yªu cÇu vÒ h¹n chÕ dßng ®iÖn ngêi ta thêng dïng ph¬ng ph¸p ph©n vïng t¸c dông .Trong vïng biÕn thiªn cho phÐp cña m«men vµ dßng ®iÖn phÇn øng ®Æc tÝnh c¬ cÇn cã ®é cøng thÝch hîp ®Ó ®¶m b¶o sai sè lµ nhá. + Khi dßng ®iÖn vµ momen qu¸ ph¹m vi cho phÐp nµy th× ta ph¶i gi¶m m¹nh ®é cøng c¬ cña ®Æc tÝnh c¬ ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn . + MÆt kh¸c ,trong qu¸ tr×nh khëi ®éng ,h·m ,®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ thêng cã yªu cÇu gi÷ cho gia tèc kh«ng ®æi ®Ó ®¹t ®îc tèi u vÒ thêi gian qu¸ ®é cÇn cã ®o¹n ®Æc tÝnh c¬ cã ®é cøng b»ng kh«ng. + Nh vËy c¸c m¹ch vßng ®iÒu chØnh ®îc nèi theo cÊp ®éc lËp víi nhau ,viÖc ph©n vïng t¸c dông gi÷a æn ®Þnh tèc ®é vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn . + §iÖn ¸p ®Çu ra cña bé R(ω) lµ ®iÖn ¸p ®Æt dßng ®iÖn phÇn øng Ui ®Æt . + Bé ®iÒu chØnh dßng R(I) cã nhiÖm vô duy tr× dßng phÇn øng lu«n b»ng gi¸ trÞ Ui ®Æt. • trong ph¹m vi ch¬ng nµy cha nghiªn cøu vÒ hai vßng ph¶n håi nµy S¬ ®å m¹ch ®iÒu kiÓn : Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 35

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

§å ¸n m«n häc

+

+

+12V -12V +Vcc -Vcc

+12V +12V

RESET CONT

R18 470Ohm

1

OUT

2

U2 4011 3

C4 670nF

C5

DISC

Sinh viªn : §inh Minh T©n Sè hiÖu : CH06 4047

R20

TRIG

GND

THRES

R9 - 1k T1

R11 - 1k

+12V R12-33k

+12V 2

3

OP2 + + +12V VR2 - 5k

Líp T§H CH10 36

6

R13 1kOhm +

+ OP3 -

R12 10kOhm

U3

VF4

4

R21

C2 6.6uF

R10 - 1k VCC

R19 4.7kOhm

VF3

VF2

R8 - 1k

7

VF1

-12V

R6 2kOhm

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Ch¬ng IV : X©y dùng cÊu tróc ®iÒu khiÓn & tæng hîp hÖ truyÒn ®éng I. Kh¸i qu¸t chung : §Ó tæng hîp ®îc hÖ ®iÒu khiÓn ta ph¶i ®i x©y dùng s¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng tõ ®ã x©y dùng c¸c quy luËt ®iÒu khiÓn kh¸c nhau cho nh÷ng hÖ thèng kh¸c nhau. V× vËy ta ®i tõ viÖc x©y dùng m« h×nh to¸n häc cho tõng kh©u trong hÖ. 1. M« t¶ to¸n häc ®éng c¬ mét chiÒu Gi¶ sö r»ng c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ lµ kh«ng ®æi : khi tõ th«ng kÝch tõ kh«ng ®æi (dßng ®iÖn kÝch tõ ®éng c¬ kh«ng ®æi hoÆc khi ®éng c¬ ®îc kÝch thÝch b»ng nam ch©m vÜnh cöu), s¬ ®å cÊu tróc cña ®éng c¬ mét chiÒu nh sau

Theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n ë trªn ta cã L = 1.55*10-3 (H) T = 2.7 ( ms ) KΦ®m= 1.12 J = 0,094 (kgm2) Tc = 0,69 (s) Wdc = Víi Kd =

Kd Tu Tc p + Tc p + 1 2

1 1 = = 0.893 => KΦ 1.12

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

0.893

Wdc = 1.86 *10 −3 p 2 + 0.69 p + 1 Líp T§H 37

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ 2. M« t¶ to¸n häc chØnh lu ®iÒu khiÓn Do tÝnh chÊt xung vµ tÝnh chÊt b¸n ®iÒu khiÓn cña van b¸n dÉn nªn thêi ®iÓm cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn thay ®æi kh«ng trïng víi thêi ®iÓm thay ®æi gãc ®iÒu khiÓn.Cã thÓ lÊy gi¸ trÞ thêi gian trÔ lµ Tv 0 =

π π = = 0.0017 s mω e 1.2.π .300

Cã thÓ thay thÕ hµm trÔ bëi mét kh©u qu¸n tÝnh Wcl = U d0

1 1+ pTv0

220

HÖ sè khuÕch ®¹i cña chØnh lu Kcl = U = =18.33 12 dk M¹ch ®iÒu khiÓn chØnh lu cã h»ng sè thêi gian lµ T®k (chän T®k=1ms=10-3s) Do ®ã s¬ ®å cÊu tróc cña kh©u chØnh lu lµ: 1 (1+ pTdk)(1+ pTv0)

K cl

1

1

Wbd = (1 + 10 −3 p )(1 + 1.7 *10 −3 p ) *18.33 = 1 + 2.7 *10 −3 p *18.33 Do Tvo*Tdk = 1.7 10-6 << Tu nªn thµnh phÇn bËc 2 kh«ng ¶nh hëng tíi qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn nªn trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ta bá qua

3.4 Lùa chän thiÕt bÞ ®o dßng ®iÖn : Cã 2 ph¬ng ph¸p chÝnh ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ph¶n håi dßng lµ sö dông ®iÖn trë sun vµ sö dông biÕn dßng. ë ®©y, dïng biÕn dßng víi s¬ ®å nh sau:

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 38

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Trong s¬ ®å trªn, tÝn hiÖu ra cña c¸c biÕn dßng lµ tÝn hiÖu xoay chiÒu, sau khi qua hÖ thèng chØnh lu ®îc biÕn ®æi thµnh tÝn hiÖu mét chiÒu. Sau ®ã tÝn hiÖu nµy ®îc ®a vµo m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. 4. M« t¶ to¸n häc sensor tèc ®é Tèc ®é truyÒn ®éng lµ ®¹i lîng ®iÒu khiÓn chÝnh, v× vËy thiÕt bÞ ®o tèc ®é cã vai trß quan träng quyÕt ®Þnh tíi chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña truyÒn ®éng. HiÖn nay ®o tèc ®é trong hÖ truyÒn ®éng mét chiÒu, ngêi ta thêng dïng ph¸t tèc mét chiÒu. Yªu cÇu ®èi víi m¸y ph¸t tèc mét chiÒu • ®iÖn ¸p mét chiÒu cã chøa Ýt thµnh phÇn xoay chiÒu tÇn sè cao • Uw tû lÖ víi tèc ®é ®éng c¬, trÔ Ýt so víi ®¹i lîng ®o. • §iÖn ¸p mét chiÒu ph¸t ra kh«ng phô thuéc vµo t¶i vµ nhiÖt ®é. Sö dông m¸y ph¸t tèc mét chiÒu ∃T7/220 tèc ®é ®Þnh møc 3000vßng/phót vµ c«ng suÊt P = 23,2 W. Chän R = 10KΩ; C = 10µF

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 39

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ R

ω

R

§

C

FT

t

uω

M¹ch ®o tèc ®é ®éng c¬ §iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t tèc: Uω= kωω- RpI-∆Uct → Uω ≈ kωω

Khi cã bé läc ®Çu ra th× hµm truyÒn cña m¸y ph¸t tèc lµ: Uω ( p )

kω

Ff(p)= ω ( p) = 1 + τ p fω τfω - h»ng sè thêi gian cña bé läc τfω = RC = 103*.10-6 = 10-3 5. M« t¶ to¸n häc kh©u h¹n chÕ dßng M¹ch h¹n chÕ dßng h¹n chÕ lîng ®Æt dßng vµ ¸p ®iÒu khiÓn kh«ng vît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp, nghÜa lµ kh«ng qu¸ 10 v U U1

2

U2

10K Ω

10V + U n = 12V

1K Ω

U max = 10V

U

10K Ω

10V

II . Tæng hîp cÊu tróc m¹ch ®iÒu chØnh ®éng

KΦ®m

c¬ mét chiÒu : Rω

Uω®

Uω

?

Ri

Ui®

?

Ui

1

Bé B§

K bd 1 + pTvo

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Ud

-E

Si

1 / Ru 1 + pTu

I­

ω

M KΦ®m

-Mc

Líp T§H Sω40

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

1. Tæng hîp m¹ch ®iÒu chØnh dßng ®iÖn: C¸c th«ng sè cña hÖ B§XA phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc : chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc, dßng gi¸n ®o¹n, biªn giíi gi÷a vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n vµ liªn tôc cã d¹ng ®êng ellipse víi c¸c trôc lµ c¸c trôc to¹ ®é cña ®Æc tÝnh c¬-®iÖn:

Ta tÝnh γth ®Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc cña bé biÕn ®æi : ln[m * (e σ − 1) + 1] * σ −3 R * T T 0.58 * 2.510 d Víi σ = = L = =0.935 τ 1.5510 −3 d Ed 193.32 m= U = = 0.88 220 dm 0.859 ln[0.88 * (e 0.935 − 1) + 1] => γ th = = = 0.92 0.935 0.935

γ th =

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 41

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ *

γ=

2.35 t0 = = 0.94 > γth 2.5 T

VËy chÕ ®é lµm viÖc cña bé biÕn ®æi lµ chÕ ®é dßng ®iÖn liªn tôc 1.Tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn: Ta cã s¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ë chÕ ®é dßng liªn tôc.

Uid -Ui

1/ Ru 1 + p.Tu

k cl 1 + p.Tvo

R

Iu

ki 1 + p.Ti Ta thÊy h»ng sè thêi gian c¬ häc Tc = 0,69(s) lµ rÊt lín so víi h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña phÇn øng ®éng c¬ T = 2,7.10-3(s), nªn ta cã thÓ coi s®® cña ®éng c¬ kh«ng ¶nh hëng tíi qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cña m¹ch vßng dßng ®iÖn. V× ph¶n øng cña m¹ch phÇn øng (s®® )chËm h¬n nhiÒu so víi ph¶n øng cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn Ri,nªn khi tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn ta cã thÓ bá qua kh©u ph¶n håi diªn ¸p phÇn øng E = k. φ dm. ω . Wi =

Ki lµ hµm truyÒn cña sensor dßng ®iÖn lµ kh©u qu¸n 1+ pTi

tÝnh víi h»ng sè thêi gian läc Ti(Chän Ti=0.7ms=7*10-4s) vµ hÖ sè khuÕch ®¹i Ki U idm

0.193

22

Ki= 2.5 * I = = 0.193 => Wi = 1 + 710 − 4 p 2.5 * 46 dm Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 42

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Hµm hë truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn

WRo ( p) =

K cl .K i / RuΣ (1 + pT fω )(1 + pTdk )(1 + pTv 0 )(1 + pTu )(1 + pTi )

Trong ®ã ta nhËn thÊy c¸c h»ng sè thêi gian T f,T®k,Tv0,Ti lµ rÊt nhá so víi h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ T,v× vËy hµm truyÒn trªn cã thÓ viÕt ë d¹ng sau WRo ( p) =

K cl K i / Ru (1 + pTs )(1 + pTu )

Trong ®ã Ts=Tfω+T®k+Tv0+Ti= 10-3 + 10-3 + 10-3 + 0.7 10-3 = 0.0037 (s) ¸p dông chuÈn tèi u modul ta cã 1 1 + 2τp + 2τ 2 p 2 W Ri ( p ) =   Ks 1 1 − 2 2  (1 + pTs )(1 + pTu )  1 + 2τp + 2τ p 

=

(1 + pTs )(1 + pTu ) K s 2τp(1 + τp)

Trong ®ã Ks=Kcl.Ki/R = 18.33*0.193/0.56 = 6.32 Chän τ = Ts ta ®îc : 1 + pTu Tu 1 2.710 −3 1 2.7 * 10 −3 p + 1 W Ri ( p ) = = + = + = 2 K s Ts . p 2 K s Ts 2 K s Ts p 46.77 * 10 −3 46.77 * 10 −3 p 2.19 * 10 −3 p

VËy WRi(p) lµ mét kh©u PI (tØ lÖ-tÝch ph©n) Ta cã m¹ch t¹o nªn kh©u PI: Ui®

R1

Ui

R2

C

-

R3 R3

-

+

+

R1 PI

LÆp ¸p

2K bdK i Ts Ru

Víi: R1C = Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

U®k

Líp T§H 43

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ vµ R2C = T Thay vµo ta cã hµm truyÒn m¹ch vßng dßng ®iÖn

Fi (p) = Fi=

I (p) 1 1 1 1 = * = − 3 U i (p) K i 1+ 2Tsp + 2Ts2p2 0.193 1 + 7.4 * 10 p + 2.74 * 10 −5 p 2

1 1 + 7.4 * 10 −3 p + 2.74 * 10 −5 p 2

IIi.Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é HÖ ®iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn lµ hÖ phæ biÕn nhÊt trong s¶n xuÊt. §¹i lîng ®iÒu chØnh ë ®©y lµ tèc ®é, ®îc ®iÒu chØnh duy tr× theo lîng ®Æt tríc, hoÆc thay ®æi theo mét quy luËt nµo ®ã cho tríc. §Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬, nh chóng ta ®· biÕt cã hai ph¬ng ph¸p c¬ b¶n lµ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ ®iÒu chØnh tõ th«ng ®éng c¬ φ®. CÊu tróc cña m¹ch ®iÒu chØnh tèc ®é rÊt ®a d¹ng vµ tuú thuéc vµo yªu cÇu c«ng nghÖ ®Æt ra. ThÝ dô yªu cÇu truyÒn ®éng kh«ng ®ßi hái cao th× cÊu tróc cña m¹ch ®iÒu chØnh chØ bao gåm mét m¹ch vßng tèc ®é hoÆc bao gåm mét m¹ch vßng tèc ®é vµ mét m¹ch vßng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p. Th«ng thêng th× m¹ch ®iÒu chØnh gåm hai m¹ch vßng: m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é vµ m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. NÕu nh yªu cÇu truyÒn ®éng ®ßi hái ®é chÝnh x¸c cao th× dïng ®iÒu chØnh thÝch nghi hoÆc ®iÒu khiÓn sè. Gi¶ thiÕt r»ng tõ th«ng ®éng c¬ gi÷a kh«ng ®æi vµ m¹ch tõ cha b·o hoµ c¸c tham sè ®éng c¬ kh«ng ®æi. Víi cÊu tróc nhiÒu m¹ch vßng, khi tæng hîp hÖ ta tiÕn hµnh tõ m¹ch vßng trong trë ra, theo tuÇn tù. 1. XÐt m¹ch khi Uω ® ≠ 0 vµ Mc = 0 : Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 44

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é sau khi ®· tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn ë trªn theo tiªu chuÈn tèi u modul. I ( p)

1

1

Nh trªn ta ®· cã Fi ( p) = U ( p) = K 1 + 2T p + 2T 2 p 2 i i s s §Ó thuËn tiÖn trong tÝnh to¸n tiÕp theo vµ còng kh«ng g©y sai sè lín ta cã thÓ thay biÓu thøc trªn gÇn ®óng nh sau:

Fi (p) =

I (p) 1 1 = U i (p) K i 1+ 2Tsp

Gi¶ thiÕt nµy cã thÓ chÊp nhËn ®îc bëi v× ®èi víi trêng hîp ¸p dông tiªu chuÈn modul tèi u, ®Æc tÝnh qu¸ ®é cña nã rÊt Ýt dao ®éng vµ lîng qu¸ ®iÒu chØnh chØ cã 4,3%, nh vËy gÇn ®óng víi ®Æc tÝnh cña kh©u qu¸n tÝnh bËc mét. S¬ ®å khèi cÊu tróc cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é nh sau: Mc 1/ K Φ

E

Ic

HCD

U ωd

( −)

1/ K i 1+ 2pTs

Rω

I

( −)

Ru K ΦTcp

Uω

Kω 1+ pTω

Trong ®ã Wω=

Kω lµ hµm truyÒn cña sensor tèc ®é, lµ kh©u 1+ pTω

qu¸n tÝnh víi Sö dông m¸y ph¸t tèc mét chiÒu ∃T7/220 tèc ®é Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 45

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ ®Þnh møc 3000vßng/phót vµ c«ng suÊt P = 23,2 W. Chän R = 10K Ω; C = 10µF h»ng sè thêi gian läc Tω(Chän Tω=1ms=10-3s) vµ hÖ sè khuÕch ®¹i Kω Kω=Ui® ®m/ω®m=22/314,14=0,07 Wω=

0.07 1 + 10 −3 p

Hµm truyÒn cña ®èi tîng ®iÒu chØnh : S 02 ( p ) =

RuΣ K ω 1 víi T’s=2Ts+Tω=2*3.7 10-3 + 10-3 = K i KΦTc p (1 + T ' s p )

8.4

( ms ) RuΣ K ω

2 * 0.58 * 0.07

§Æt Ksω = K KΦ T = = 0.544 0.193 *1.12 * 0.69 i c Theo tiªu chuÈn modul tèi u cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é Rω(p) 1 1 p (1 + pT ' s ) 1 + 2τp + 2τ 2 p 2 Rω ( p) = =   K sω 2τp (1 + τp ) K sω 1 1−  2 2 p(1 + pT ' s )  1 + 2τp + 2τ p 

1

Chän τ=T’s khi ®ã Rω ( p) = 2 K T ' = 109.42 sω s VËy Rω(p) lµ mét kh©u P(tØ lÖ) R1

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

R2

Líp T§H 46

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Víi

R2 = 109.42 R1

2. XÐt m¹ch khi Uω ® = 0 vµ Mc ≠ 0 (m¹ch cã nhiÔu lo¹n). CÊu tróc cña hÖ thèng cã d¹ng : ∆Ud=0 (-)

T¬ng ®¬ng :

-∆Mc

KΦ / K i 1 +τ s p

FRω (p)

1 Jp

Kω 1 + Tωp -∆Mc

∆Ud=0

F1(p)

(-)

F2(p)

F3(p)

Tõ s¬ ®å cÊu tróc ta cã ; {[-(∆ω.F3)F1]- ∆Mc}F2=∆ω Nªn : ∆ω(1+F1F2F3)=- ∆McF2 XÐt : Fz ( p ) = −

F1 F2 F3 F2 ∆ω 1 1 = = = Fkω ∆M c 1 + F1 F2 F3 1 + F1 F2 F3 F1 F3 F1 F3

Ta cÇn tÝnh sai lÖch tÜnh  1  F1 F2

XÐt : Lim p→0 ( Fz ) = Lim p→0 Fkω * Lim p →0 

 1  = Lim p →0 F1 F2 

+ XÐt trêng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u tû lÖ (P): Khi p0 th× : Lim p →0 ( Fz ) = Lim p →0

1 + Tω p 1 = ≠0 Kω K R Kω K R

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 47

∆ω

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ Trong ®ã: KR =

Tc 0.69 = = 75.5 2 K sωτ ω 2 * 0.544 * 8.410 −3

Nh vËy nÕu dïng kh©u tØ lÖ th× hÖ thèng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ h÷u sai víi nhiÔu lo¹n vµ v« sai víi lîng ®Æt =>HÖ thèng truyÒn ®éng kh«ng æn ®Þnh + Nh vËy ®Ó tÝn hiÖu ra ω kh«ng phô thuéc nhiÔu Mc th× ta ph¶i bï b»ng kh©u bï cã hµm truyÒn ®¹t Wb(p) nh h×nh vÏ sau: Mc ≠ 0

Wb

1/KΦ®m

-

+ Rω

-

F1

+

W1

W2

Ru KΦ dmTc p

ω

Uω

Sω

Ru KΦ dm Tc p H×nh 21

DÔ dµng tÝnh ®îc hµm truyÒn cña hÖ trªn: FMc(p) =

(WbR ω F1 − W1 )W2 ω(p) = M c (p) 1+ R ω F1W2Sω

Nh vËy ®Ó ω kh«ng phô thuéc Mc th×: W1 WbRωF1 - W1 = 0 ⇔ Wb = R ω F1 Trong ®ã W1 = 1/(KΦ®m) Rω =

K i K Φ dmTc 1 R uK ω 4Ts'

F1 =

1 1 1 1 ≈ K i 1+ 2Tsp + 2Ts2p2 K i 1+ 2Tsp

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 48

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ R uK ω 4Ts' ⇒ Wb = (1+2Tsp) Kh©u tû lÖ vi ph©n PD (K Φ dm)2 Tc + XÐt trêng hîp bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u tÝch ph©n tû lÖ (PI): Khi p → 0 th× ; Lim p →0 ( Fz ) = Lim p →0

1 + Tω p 4τ ω p =0 K ω K R 1 + 4τ ω p

Nh vËy ta thÊy r»ng khi bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u PI th× hÖ thèng lµ v« sai víi nhiÔu lo¹n nªn ®¸p øng tèt yªu cÇu cña hÖ +Theo chuÈn Module tèi u ®èi xøng : Lóc nµy hµm truyÒn chuÈn cã d¹ng; Fk ( p ) =

1 + 4τ σ p 1 + 4τ σ p + 8τ σ p 2 + 8τ σ p 3 2

3

−2 Fk ( p ) p Tc 1 + 4Ts' p −3 1 + 3.36 * 10 = = ⇒ Rω ( p ) = 6.31 * 10 ' ' −2 Fs ( p )(1 − Fk ( p )) 2 K sω Ts 4Ts p 3.36 * 10 p

Lµ mét kh©u PI cã cÊu tróc nh sau: R1 R2 C 2

Hµm truyÒn cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ: ω ( p) 1 1 54.71 = . ' = ' −5 U ω  ( p) K ω 2Ts p(T s p + 1) + 1 7.06 * 10 p 2 + 8.4 * 10 −3 p + 1

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 49

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

§å ¸n m«n häc

Ch¬ng V : M« pháng ( Simulink ) I .XÐt Trêng hîp m¹ch khi Uω ® = 0 vµ Mc = 0 (m¹ch kh«ng cã nhiÔu lo¹n).

Sinh viªn : §inh Minh T©n Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H CH10 50

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

§å ¸n m«n häc

II. XÐt Trêng hîp m¹ch khi Uω ® = 0 vµ Mc ≠ 0 (m¹ch cã nhiÔu lo¹n).

Sinh viªn : §inh Minh T©n Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H CH10 51

§å ¸n m«n häc

Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ tµi liÖu tham kh¶o

1. §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, Ph¹m Quèc H¶i, NguyÔn V¨n LiÔn, D¬ng V¨n Nghi – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1999. 2. TruyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ HiÒn – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1998. 3. Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng – Ph¹m C«ng Ng« - Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ néi 2000. 4. §iÖn tö c«ng suÊt – NguyÔn BÝnh – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 2000. 5. §iÖn tö c«ng suÊt vµ §iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn – Cyril W.Lander - Ngêi dÞch Lª V¨n Doanh) – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1997.

Sinh viªn : §inh Minh T©n CH10 Sè hiÖu : CH06 4047

Líp T§H 52