Tổng quan về công nghệ và các yêu cầu về trang bị điện cho máy doa ngang 2660

ề ngoài của máy doa ngang nói chung và của máy doa ngang 2660 được giới thiệu trên hình 1-1. Theo như hình vẽ thì trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục trong quá trình gia công . Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển ngang hoặc dọc bệ máy . ụ trục chính có thể dịch chuyển theo phương nằm ngang . Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính). Chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. Chuyển động phụ là chuyển thẳng đứng của ụ dao. Đ1.2 Yêu cầu về trang bị điện và truyền động điện của máy doa ngang 2620 1.Yêu cầu đối với truyền động chính . Cần phải đảo chiều quay của chuyển động chính .Phạm vi điều chỉnh tốc độ vô cấp (D=130/1) tốc độ quay của trục chính điều chỉnh trong phạm vi (12,5 á 1600) vòng /phút. Với công suất không đổi . Độ trơn điều chỉnh j =1,26 . Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh . Hiện nay , hệ truyền động chính của máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hợp tốc độ (động cơ có nhiều cấp tốc độ ) . ở những máy doa cỡ nặng và trung bình , như máy doa ngang 2620 .Có thể sử dụng động cơ điện một chiều , điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng . Nhờ vậy , có thể đơn giản kết cấu cơ khí , mặt khác có thể hạn chế được mômenởvùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng 2.Yêu cầu đối với truyền động ăn dao Phạm vi điều chỉnh của chuyển động ăn dao là D = 1500/1 trong quá trình các nguyên công gia công , tuỳ từng chi tiết gia công và yêu cầu về độ bóng khác nhau mà lượng ăn dao được điều chỉnh hợp lý . Đối với máy doa ngang 2660 thì lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi (0 600) mm/ph.Khi di chuyển nhanh , có thể đạt tới 2,5 m/p - 3m/p . Mặt khác , lượng ăn dao yêu cầu phải được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi . Để đảm bảo được các yêu cầu đó thì đặc tính cơ cần có độ cứng cao , với độ ổn định tốc độ s = 5% . Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh , cao, dừng máy chính xác , đảm bảo được sự liên động với truyền động chính khi làm việc tự động . Hệ thống truyền động ăn dao cho máy doa ngang 2660 có thể sử dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ điện một chiều có bộ khuếch đại điện tử trung gian . Tuy nhiên , nhược điểm hệ thống truyền động này là có kết cấu cồng kềnh không tiện lợi cho việc lắp đặt , sử dụng , bảo quản . Hơn nữa nó chưa đạt hiệu suất cao . Khắc phục nhược điểm trên , ta thiết kế và đưa vào sử dụng hệ thống truyền động Thysistor - Động cơ điện một chiều cho cơ cấu ăn dao của máy doa ngang 2660. Chương 2 các phương pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đ2.1 điều chỉnh tốc độ truyền động điện Trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ điện thường bị thay đổi do sự biến thiên của tải , của nguồn và do đó gây ra sự sai lệch về tốc độ thực so với tốc độ đặt ,hay tốc độ mong muốn (tốc độ làm việc của hệ thống truyền động điện do công nghệ yêu cầu ). Bởi vậy , việc điều chỉnh tốc độ là một trong những vấn đề quan trọng trong truyền động điện tự động . Một yêu cầu đặt ra khi thiết kế hệ truyền động là sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh của động cơ điện và đặc tính của tải . Người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh nào cho đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu của tải . Mặt khác , vẫn phải luôn đảm bảo được tính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng như quá trình quá độ . Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập , về phương diện điều chỉnh tốc độ có nhiều ưu việt do khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng , cấu trúc mạch lạc , mạch điều khiển đơn giản , chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng . Sau đây là các phương pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Đ2.2 các phương pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Để có những phương pháp điều chỉnh tốc độ hợp lý thì trước hết ta phải xem xét đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập , nó biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mômen : n = f(M).Và được viết dưới dạng : Với những điều kiện khi M(hoặc Iư ) thay đổi từ thông Φ của động cơ điện một chiều cũng hầu như không đổi vì thực ra ảnh hưởng làm giảm bớt từ thông của phản ứng ngang trục rat nhỏ cho nên biểu thức(2 –1) có thể viết dưới dạng : Và đặc tính cơ của động cơ điện kích từ là một đường thẳng như hình vẽ dưới đây : Đường đặc tính cơ trên ứng với trường hợp mạch của phần ứng không có điện trở phụ và được gọi là đường đặc tính cơ tự nhiên . Do Rư rất nhỏ nên khi thay đổi từ không đến định mức tốc độ giảm rất ít (khoảng 2- 8 % tốc độ định mức ) cho nên đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập rất cứng .  1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông . Nếu tăng điện trở rđc trên mạch kích thích từ ứng vơi các trị số khácnhau của điện trở kích thích ta có các đặc tính cơ tương ứng như trình bày ở hình (2-1) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập với những dòng kích thích khác nhau . Theo hình 2-1 các đường đặc tính cơ có no lớn hơn và có độ nghiêng khác nhau sẽ giao nhau trên trục hoành tại điểm ứng với dòng điện rất lớn Iư = U/Rư theo điều kiện n = 0 của các biểu thức (2-1 ) hoặc (2- 2). Đường thấp nhất trên hình ứng với từ thông Φđm . Giao điểm của đường momen cản của tải MC = f(n) với các trên cho biết tốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhau của từ thông . Do điều kiện đổi chiều , các động cơ thông dụng hiện nay có thể điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này trong giới hạn 1 : 2 . Cũng có thể sản xuất những động cơ có giới hạn điều chỉnh 1: 5 thậm chí 1 : 8 nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt . Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần cứng . Khi có thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng thì biểu thức (2_2) trở thành ứng với các trị số khác nhau của Rf thì có các đường đặc tính cơ khách nhau . Trong đó ứng với Rf =0 là đường đặc tính cơ tự nhiên . Điều này được thể hiện ở hình (2-3). Ta thấy rằng nếu Rf càng lớn đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao và do đó càng mềm hơn và ngược lại . Nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều ki tải thay đổi . Cũng như trên giao điểm của những đường đó với đường M0=f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf . 3 . Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp . Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập được thực hiện trong kĩ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - Động cơ theo sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình 2-4 . Khi thay đổi điện áp U ta có một họ đặc tính cơ có cùng một độ dốc (hìnhdưới). Theo đó , đường 1 ứng với Uđm > U2 > U3 . Đường 4 ứng với U4 > Uđm Nói chung vì không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ thực hiện được trong phạm vi rất hẹp . Ngày này , tổ máy phát máy phát - động cơ thường dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán thép lớn để đưa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi , 1:10 hoặc hơn nữa .  Chương 3 các phương pháp chỉnh lưu dòng xoay chiều và sơ đồ mạch động lực cho hệ thống tự động Đ3.1 Các phương pháp chỉnh lưu Để cấp nguồn cho tải một chiều (Động cơ điện một chiều kích thích độc lập) chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng đIện xoay chiều thành một chiều . Các loại bộ biến đổi này có thể là chỉnh lưu không điều khiển và chỉnh lưu có điều khiển . Với mục đích giảm công suất vô công , người ta thường mắc song song ngược với tải một chiều một diod (loại sơ đồ này được gọi là sơ đồ diod ngược ) . Trong các sơ đồ chỉnh lưu có diod ngược . Khi có và không có điều khiển , năng lượng được truyền từ phía lưới xoay chiều sang một chiều , nghĩa là các loại chỉnh lưu đó chỉ có thể làm việc ở chế độ chỉnh lưu . Đối với các bộ chỉnh lưu có điều khiển , không diod ngược có thể trao đổi năng lượng theo cả hai chiều . Khi năng lượng truyền từ lưới điện xoay chiều sang tải một chiều , bộ nguồn làm việc ở chế độ chỉnh lưu , còn khi năng lượng truyền theo chiều ngược lại (từ phía tải một chiều về phía lưới xoay chiều ) thì bộ nguồn làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới . Theo dạng nguồn cấp xoay chiều chúng ta có thể chia chỉnh lưu thành một trong ba pha . Các thông số quan trọng của sơ đồ chỉnh lưu là : dòng điện và điện áp tải , dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp thứ cấp biến áp (nếu có ) , số lần đập mạch trong một chu kì . Số lần đập mạch trong một chu kì là quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lưu cới tần số điện áp xoay chiều . Theo hình dạng các sơ đồ chinh lưu với chuyển mạch tự nhiên chúng ta có thể phân loại chỉnh lưu thành các loại sơ đồ sau : 1 . Chỉnh lưu một nửa chu kỳ ở sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ hình 3- 1 . Sóng điện áp ra một chiều sẽ bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện áp anod của van bán dẫn âm . Do vậy , khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một nửa chu kỳ , chúng ta có chất lượng điện áp xấu , trị số điện áp tải trung bình lớn nhất được tính : Udo = 0,45 .U2 : Với tải thuần trở ta có Ud = Udo Với tải điện cảm lớn Ud = Udocosa Với chất lượng điện áp ra xấu và cũng cho ta hệ số sử dụng biến áp xấu . Đánh giá chung về loại chỉnh lưu này ta có thể nhận thấy đây là loại chỉnh lưu cơ bản , sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản . Tuy vậy các chất lượng kỹ thuật như : chất lượng điện áp một chiều , hiệu suất sử dụng biến áp rất xấu ... Do đó loại chỉnh lưu này ít được sử dụng trong thực tế . Khi cần chất lượng điện áp khá hơn , người ta sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ theo các phương án sau: 3.Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính . Theo sơ đồ trên , biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau , ở mỗi nửa chu kỳ có một van bán dẫn cho dòng điện chạy qua . Cho nên ở cả 2 nửa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn Trong sơ đồ này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ , với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều . Hình dạng các đường cong điện áp , dòng tải (Ud , Id) , dòng điện các van bán dẫn T1, T2 và điện áp của các van được mô tả trên hình 3- 3a khi tải thuần trở và trên hình 3-3b khi tải điện cảm lớn. Điện áp trung bình trên tải , khi tải thuần trở dòng điện gián đoạn được tính : Uđ= Uđ0(1 + Cosa)/2 Uđ0 -- Điện áp chỉnh lưu khi không điều khiển và bằng Uđ0 = 0.9 U2. a --Góc mở của các Tiristor. Khi tải điện cảm lớn dòng điện , điện áp tải liên tục , lúc này điện áp một chiều được tính : Trong đó : Trong các sơ đồ chỉnh lưu thì loại sơ đồ này có điện áp ngược của van phải chịu là lớn nhất : Mỗi van dẫn thông trong một nửa chu kỳ , do vậy dòng điện mà van bán dẫn phải chịu tối đa là 1/2 dòng điện tải – trị số hiệu dụng của dòng điện chạy qua van Ihd = 0,71 Id . So với chỉnh lưu nửa chu kỳ , thì loại chỉnh lưu này có chất lượng tốt hơn . Dòng điện chạy qua van không quá lớn , Tổng điện áp rơi trên van nhỏ . Đối với chỉnh lưu có điều khiển , thì sơ đồ hình 3-2 nói chung và việc điều khiển các van bán dẫn ở đây tương đối đơn giản . Tuy vậy , việc chế tạo biến áp có 2 cuộn dây thứ cấp giống nhau , mà mỗi van chỉ làm việc có một nửa chu kỳ , làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn , hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn , mặt khác điện áp ngược của các van phải chịu là lớn nhất . 3 . Chỉnh lưu cầu một pha . Hoạt động của sơ đồ này khái quát có thể mô tả như sau . Trong nửa bán kỳ điện áp anod của Thyristor T1 dương (+) (lúc đó catot của T2 âm (-)) nếu có xung điều khiển đồng thời cho cả 2 van T1,T2 thì các van này sẽ được mở thông để đặt điện áp lưới lên tải ,điện áp tải một chiều còn bằng điện áp xoay chiều chừng nào các van còn dẫn thông (khoảng dẫn của các thysistor phụ thuộc vào tính chất của tải ) . Đến nửa bán kỳ sau , điện áp đổi dấu , anod của thysistor T3 dương (+) catod T4 âm (-)Nếu có xung điều khiển cho cả 2 van T3, T4, đồng thời thì các van này sẽ được mở thông và đặt điện áp lưới trên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trước. Chỉnh lưu cầu một pha hình(3-4) có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính.Nghĩa là trong trường hợp tải thuần trở dòng điện gián đoạn thì điện áp trung bình được của tải tính bằng: Uđ= Uđ0(1 + Cosa)/2 Còn khi tải điện cảm lớn dòng điện , điện áp của tải liên tục thì điện áp một chiều : Hình dạng các đường cong điện áp , dòng điện tải , dòng điện các van bán dẫn và điện áp của một van tiêu biểu gần tương tự như hình (3-3a, b). Trong sơ đồ này dòng điện chạy qua van giống như sơ đồ hình (3-2) nhưng điện áp ngược van phải chịu nhỏ hơn : Việc điều khiển đồng thời các Tiristor T1, T2, và T3, T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách. Một trong những cách đơn giản nhất là sử dụng biến áp xung có 2 cuộn thứ cấp (Hình 3-5) Tuy vậy chúng ta sẽ gặp khó khăn trong khi mở các van điều khiển nhất là khi công suất xung không đủ lớn . Để tránh việc mở đồng thời các van như trên mà trong chừng mực nào đó vẫn có thể đáp ứng được yêu cầu về chất lượng điện áp người ta sử dụng chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai phương án khác nhau như hình (3-6) Cả hai sơ đồ trên đều có 2 Tiristor và 2 diod , mỗi lần cấp xung điều khiển chỉ cần một xung, điện áp trên tải có hình dạng và trị số giống nhau , cả hai sơ đồ đều không làm việc ở chế độ nghịch lưu trả năng lượng về lưới do đường cong điện áp trên tải chỉ có phần dương. Về hoạt động, khi điện áp dưới đặt vào anod và catod của các van bán dẫn thuận chiều và có xung điều khiển thì việc dẫn dòng các van làm việc giống nhau . Khi điện áp đổi dấu năng lượng của cuộn L được xả qua các diode D1,D2 các van này sẽ đóng vai trò của diod ngược. Chính đó mà các Tiristor sẽ tự động khoá lại khi điện áp đổi dấu. Việc chuyển mạch các có điều khiển được thực hiện bằng việc mở van kế tiếp và các van dẫn thông trong một nửa chu kỳ Về trị số thì dòng điện trung bình chạy qua van bằng : Dòng điện hiệu dụng của van : Trị số điện áp tải trung bình được tính là : Ud0=0.9U2 Nhìn chung các loại chỉnh lưu cầu 1 pha có chất lượng điện áp tương đương như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính , chất lượng điện một chiều như nhau, dòng điện làm việc của van bằng nhau, nên việc ứng dụng chúng là tương đương nhau. Mặc dù ở chỉnh lưu cầu một pha có ưu điểm hơn ở chỗ : Điện áp ngược trên van bé hơn, biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn. Nhưng chỉnh lưu cầu một pha có số lượng van nhiều hơn, giá thành cao hơn, chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng thì việc điều khiển phức tạp hơn. Như vậy, các sơ đồ chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn. Điều này không áp ứng cho nhiều loại tải. Muốn có chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng các sơ đồ có số pha nhiều hơn. 4 . Chỉnh lưu tia 3 pha : Khi biến áp có ba pha đấu sao (Y) trên mỗi pha A, B, C ta nối một van như hình 3-8a. Ba catod đấu chung cho ta điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha điện áp A, B, C lệnh nhau một góc là 1200 theo các đương cong điện áp pha . Chúng ta có điện áp của một pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ (1200) . Từ đó thấy rằng, tại một thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha kia . Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi anod của van nào dương hơn van đó mới được kích mở .Thời điểm 2 điện áp của hai pha giao nhau được gọi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn . Các Triristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên . Như vậy trong chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất a=00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300 . Theo các hình 3-8b, 3-8c, tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, như vậy mỗi van thông trong 1/3 chu kỳ nếu điện áp tải liên tục (Hình 3-8b), còn nếu tải gián đoạn (Hình 3-8c ) thì thời gian dẫn thông của các van nhỏ hơn. Trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện tải, trong khoảng thời gian van khoá dòng điện van bằng 0 . Tuy nhiên trong cả 2 trường hợp dòng điện trung bình của các van đều bằng : Itb = 1/3Iđ Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn. Ví dụ, trong khoảng t1á t3 van T1 khoá còn van T2 dẫn do đó van T1 phải chịu mức điện áp dòng UAB , đến khoảng t3á t4 các van T1, T2 khoá còn T3 dẫn, lúc này T1 phải chịu điện áp dây UAC . Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các Tiristor .Nếu góc mở Tiristor nhỏ hơn aÊ300 , các đường cong Ud , Id liên tục ; khi góc mở lớn hơn a>300 điện áp và dòng điện tải gián đoạn . Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn ) dòng điện , điện áp tải là các đường cong liên tục , nhờ năng lượng dự trữ trong các cuộn dây đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu . Trị số điện áp trung bình của tải sẽ được tính bằng : Ud=Ud0.cosa nếu điện áp tải liên tục, khi điện áp tải gián đoạn ta có : Trong đó : Ud0=1.17 U2f . Điện áp chỉnh lưu tia 3 pha khi van là diod U2f - điện áp pha thứ cấp biến áp . Tóm lại , so với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn , biên độ đập mạch thấp hơn thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này tương đối đơn giản . Với việc dòng điện trong mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều có biến áp 3 pha 3 tụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn . 5 . Chỉnh lưu tia 6 pha . Ta đã biết sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ở trên có chất lượng điện áp tải chưa thật tốt lắm . Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn . Một trong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia 6 pha . Sơ đồ động lực được mô tả như hình 3-10a . Sơ đồ chỉnh lưu tia 6 pha được cấu tạo bởi 6 van bán dẫn được nối tới biến áp ba pha với 6 cuộn dây thứ cấp trên mỗi tụ biến áp có hai cuộn dây giống nhau và ngược pha . Điện áp các pha lệch nhau một góc là 600 được mô tả như trên hình 3-10b . Với dạng sóng điện áp tải ở đây là phần dương hơn của các điện áp pha với đập mạch bậc 6 . Ta thấy chất lượng điện áp một chiều được coi là tốt nhất . Trong trường hợp dòng điện liên tục (Tải thuần trở với góc mở a<p/3 , hoặc tải điện cảm ) thì điện áp tải được tính như sau : Ud=Ud0.cos a Còn trong trường hợp dòng điện gián đoạn ( tải thuần trở a>p/3) thì điện áp tải được tính : Trong đó : Ud0=1.35 U2f . Theo dạng sóng điện áp ra (hình 3-10b) . Chúng ta thấy rằng mỗi van dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ . So với các sơ đồ khác thì chỉnh lưu tia 6 pha cho dòng điện chạy qua van bán dẫn là bé nhất . Do đó sơ đồ chỉnh lưu tia 6 pha rất có ý nghĩa khi dòng tải lớn (chỉ cần van nhỏ có thể chế tạo bộ nguồn với dòng tải lớn ) Chỉnh lưu cầu 3 pha . a . Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng . Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng (hình 3-11a) có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau , 3 Tiristor T1 , T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp dương tạo thành nhóm anod , còn 3 Tiristor T2, T4, T6 ,tạo thành chỉnh lưu tia cho điện áp âm tạo thành nhóm catod, lên chỉnh lưu này ghép lại thành cầu 3 pha . Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng , dây điện chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia , do đó tại mỗi thời điểm cần mở Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod (+) ; một xung ở nhóm catod(-)) và cần chú ý thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha . Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển , dòng điện sẽ chạy từ pha có điện áp dương hơn về pha có điện áp âm hơn . Ví dụ trong khoảng t1át2 pha A có điện áp dương hơn , pha B có điện áp âm hơn , với việc mở thông T1 , T4 dòng điện chạy từ A về B . Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn trong mỗi khoảng dẫn của một gian của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau . Điều này có thể thấy rõ trong khoảng t1át3 như hình 3-11b . Tiristor T1 nhóm anod dẫn nhưng trong nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1át2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2át3 . Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu 3 pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và bằng điện áp dây khi van khoá . Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 ; trong khoảng t1át3 T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3át5 van T3 dẫn lúc này van T1 chịu điện áp ngược UBA , đến khoảng t5át7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp ngược UCA. Khi điện áp tải liên tục , như đường cong Ud trên hình 3-11b trị số điện áp tải được tính theo công thức : Ud=Ud0 cosa Còn khi góc mở các Tiristor lớn tới a>600 và tải thuần trở hoặc tải có điện cảm quá nhỏ, điện áp tải bị gián đoạn ta có : Với Ud0=2.34 U2f Và dòng điện chạy từ pha này về pha kia là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng cho tới khi điện áp dây đổi dấu các van có phân cực ngược nên chúng tự khoá b.Giản đồ các đường cong cơ bản c. Điện áp tải khi góc mở a=600 Như thế sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng là cầu phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự van do đó gây không ít khó khăn cho việc chế tạo vận hành và sửa chữa . Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng sơ, đồ cầu 3 pha điều khiển không đối xứng . b. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm (anod hoặc catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như mô tả trên hình 3-12a . Nguyên lý hoạt động và các đường cong điện áp tải , khoảng dẫn các van được mô tả như hình 3-12b . Theo đó các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor của pha kế tiếp ví dụ , T1 mở thông từ t1 (thời điểm phát xung T1 ) tới t3(thời điểm phát xung mở T2) . Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời điểm có xung mở cho đến khi điên áp đổi dấu . Các diod tự động dẫn dòng khi điện áp đặt lên chúng thuận chiều . Ví dụ : D1 phân cực thuận trong khoảng t4át6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4át5 và từ pha C về pha A trong khoảng t5át6 . Chỉnh lưu cầu 3 pha ĐK không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600 khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ , dòng điện áp của tải sẽ gián đoạn . Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0 khi góc mở đạt tới 1800 . Người ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lưu tia 3 pha . Ta có : Còn điện áp tải được tính : Trong đó : Tuy việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển dễ dàng hơn nhưng các điều hoà bậc cao của tải và nguồn lớn hơn . vậy nên , so với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng thì trong sơ đồ này việc điều khiển các van được dễ dàng hơn thực hiện đơn giản hơn . Ta có thể coi mạch điều khiển của bộ chỉnh lưu này như điều khiển một chỉnh lưu tia ba pha . Vậy nên , có thể nói chỉnh lưu cần 3 pha hiện nay là sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu suất sử dụng biến áp tốt nhất nhưng cũng là sơ đồ phức tạp nhất. Đ . 2 . lựa chọn sơ đồ mạch động lực. Sau khi tìm hiểu về các thông số cơ bản, đặc điểm, hoạt động của các loại sơ đồ chỉnh lưu dòng điện xoay chiều hiện nay; cùng với việc phân tích ưu, nhược điểm của từng sơ đồ; căn cứ vào các yêu cầu của việc lựa chọn sơ đồ thiết kế, chúng ta có thể tiến hành lựa chọn một sơ đồ mạch động lực hợp lý cho tải của ta là động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Do giải điều khiển rộng , độ ổn định dòng điện và điện áp, yêu cầu về chất lượng điện áp một chiều cao. Mặt khác nguồn cấp ở đây là lưới ba pha công nghệ. Cho nên, chúng ta cần phải chọn chỉnh lưu ba pha . Công suất của động cơ một chiều ở đây không quá lớn . Hơn nữa yêu cầu về chất lượng điện một chiều không quá cao nên ta có thể chọn sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha . Đặc biệt động cơ điện một chiều của ta lại có điện áp một chiều định mức là 220V . Bởi vậy , sơ đồ tia ba pha có ưu điểm hơn tất cả . Thật vậy , theo sơ đồ này khi chỉnh lưu trực tiếp từ lưới chúng ta có điện áp một chiều là : 220.1,17 = 257 V . Như thế , để có điện áp là 220V nhất thiết phải chế tạo máy biến áp mà chỉ cần tạo một cuộn kháng lọc của van là đủ. Mặt khác , chọn chỉnh lưu tia ba pha thì việc điều khiển đơn giản hơn so với các chỉnh lưu nhiều pha khác , đường cong điện áp tải đẹp hơn , trơn hơn ... Sau đây là các thông số cơ bản của mạch lực : Tính chọn van động lực : Các van động lực được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là : Dòng điện tải, sơ đồ chọn , điều kiện làm việc và điện áp làm việc . Với sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha trong đó : Ud =220V. Ta có : * . Điện áp ngược của van là : Với : U2 = Ud / Ku . Thay vào (1) ta được : Trong đó : Ud : điện áp tải . U2 : điện áp xoay chiều (nguồn) Ulv : điện áp làm việc của van . Knv , Ku : các hệ số điện áp ngược , điện áp tải ( Tra bảng 1- Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh-- ) Đối với sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha thì : Thay số ta được : - Điện áp, dòng điện làm việc của van là : Với : Khd =0.58 (Tra từ bảng 2- Tài liệu HDTKĐ TCS- trần văn thịnh) ịTa được : Với: Ihd , Id : dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải . Khd : hệ số xác định dòng điện hiệu dụng . * . Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngược của van cần chọn lớn hơn điện áp làm việc của van theo công tắc (2) qua một hệ số dự trữ . Unv = Kdtu .Ulv Chọn Kdtu =(1,6á2) ở đây ta chọn Kdt=1,8 vậy nên Unv =1,8.460,6=830 (V) Idmv =KI . Ilv (3) Với điều kiện làm việc của van là có cách toả nhiệt với đầy đủ diện tích toả nhiệt, không quạt đối lưu không khí , ta có : Ilv = (10á30) % Iđm Thường chọn : Ilv = (25á28) % Iđm ở đây ta chọn : Ilv = 28%Iđm Tra bảng thông số các van , chọn các van với thông số điện áp ngược (Unv), dòng điện định mức (Iđmv) lớn hơn gần nhất với các thông số đã tính được ở trên ta được . Tiristor loại P 027 RH10CGO với các thông số định mức sau : - Điện áp ngược cực đại của van là : Unvmax =1000V - Dòng điện làm việc (định mức) cực đại là : Idmv =100A - Dòng điện đỉnh cực đại : Ipikmax =350A - Dòng điện xung điều khiển : Igmax =100mA - Điện áp xung điều khiển : Ugmax =3.0V - Dòng điện tự giữ : Ih =400mA - Dòng điện rò : Ir =10mA - Sụt áp trên Thyristo ở trạng thái dẫn : DUmax =2.57V -Đạo hàm điện áp : Thời gian chuyển mạch (mở và khoá) : tcm =35ms Nhiệt độ làm việc cực đại : Tmax=1500c Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch Cuộn kháng lọc để đảm bảo lọc các sóng hài của điện áp chỉnh lưu Ud(t) . Nó duy trì dòng điện tải Id(t) liên tục trong dải điều chỉnh từ Idmin đến Idmax . Lọc (chặn ) để cho dòng điện xoay chiều trên tải chỉ vào khoảng (3%á5%) Idđm. Trị số điện cảm cuộn kháng lọc thành phần dòng điện đập mạch cần thiết lập được tính theo biểu thức : Với : Idmin =(3%á5%)Iđm Trong đó : Lct : trị số điện cảm lọc đập mạch cần thiết [H] Idmin : dòng điện tải nhỏ nhất nhất (A) Iđm : dòng điện định mức của tải (A) M : số lần đập mạch trong một chu kỳ w =314 – Tần số góc (rad/s) Up : Trị số hiệu dụng của thành phần sóng hài bậc 1 của điện áp chỉnh lưu Ud0 [V] . Tra bảng - hình dưới với a =900 . Ta được : Up =0,53 Ud0 Thay số ta có: Idmin =0,03 Idm =0,03 *14,8 =0,444 (A) Up = 0,53. Ud0 Udo : điện áp chỉnh lưu không tải . Gọi a=amin =100 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới Khi không tải : Ud0 =Ud + DUv +DUBa +DUdn Ta có phương trình cân bằng điện áp khi có tải là : Ud0 cos(amin) = Ud + DUv + DUBa + DUdn Trong đó : amin = 100 : góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới DUv =2,57 V : Sụt áp trên Tiristor DUdn= 0 : Sụt áp trên dây nối. DUBa= DUr +Dx – Sụt áp trên máy biến áp. ở đây coi DUBa =0 ị Thay vào ta được : Up = 0,53.226 ằ 116,6V Điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức Umanxki-Lindvil : Trong đó : g=0,25 : hệ số lấy cho động cơ cuộn bù ị Llọc = Lct – (Lưđ/c + LBa) ở đây LBa =0 ị Llọc = 0,394 – 0,012 = 0,382 (H). (*) Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc: Các thông số ban đầu: - Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : Ll = 0,382 (H) - Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Im =14,8 (A) - Biên độ dòng xoay chiều bậc 1 : I1m = 0,33. Idm = 0,444 (A) 1. Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở rất bé nên ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xỉ bằng điện kháng của cuộn kháng : Zk ằ Xk = 2pf’..Lk=2p.3.50.0,392=359,84 (W) 2. Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc : 3 . Công suất của cuộn kháng lọc là : 4. Tiết diện cực từ chính của cuộn kháng lọc : KQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát , khi làm mát bằng không khí tự nhiên KQ= 5 Chuẩn hoá tiết diện trụ theo kích thước có sẵn : Chọn Q = 3,25 (cm2) 5 . Kết cấu mạch từ cuộn kháng lọc : Chọn loại thép $ 330A, tấm thép dày 0,35 mm . a =20 mm b =25 mm Ta có kết cấu mạch từ cuộn kháng lọc như hình vẽ dưới đây : 6. Chọn mật độ từ cảm trong trụ BT = 0,8 T 7. Khi có thành phần điện xoay chiều chạy qua cuộn kháng lọc thì trong cuộn kháng sẽ xuất hiện một sức điện động EK : EK =4,44 . w.f’.BT.Q Gần đúng ta có thể viết : EK = DU = 216,5 (v) ị W=956 (vòng) 8. Ta có dòng điện chạy qua cuộn kháng : i(t)=Id + I1m cos(60 +j1) Dòng điện hiệu dụng chạy qua cuộn kháng : 9. Chọn mật độ dòng điện qua cuộn kháng: J=2,75 (A/mm2) 10. Tiết diện dây cuốn cuộn kháng. Chọn dòng tiết diện hình chữ nhật, cách điện cấp B, chọn SK=5,73mm2 (theo bảng 3-Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất --Trần Văn Thịnh--) Với kích thước dây: aK.bK=1,35.4,40 (mm.mm) Tính lại mật độ dòng điện: 11. Chọn hệ số lấp đầy: 12. Diện tích cửa sổ: 13. Tính kích thước mạch từ: QCS=c.h chọn m = h/a = 6 ị h=6a=6.20=120(mm) 14.Chiề._.