Thiết kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B

tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng. Trong khuôn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hoá - cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước khi ra trường có điều kiện hệ thống hoá lại những kiến thức đã được trang bị ở trường cũng như có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu và thiết kế. Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức cho sinh viên trước khi ra trường làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp này ra đời trong hoàn cảnh đó. Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho máy. Bản đồ án gồm 5 phần: F Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy F Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý F Phần III: Tính chọn thiết bị F Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh F PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán logic và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách logic,gọn nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Trần Xuân Minh công tác trong bộ môn tự động hoá của trường. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này. Tác giả thiết kế Sinh Viên Đinh Văn hà Phần i giới thiệu công nghệ của máy I.1 chức năng - công dụng của máy doa I- chức năng và công dụng của máy doa Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phương pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã được khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể được dung để phay. Da là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ ẹ6-ẹ9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1. II- phân loại máy doa Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô ( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa. Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau. - Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra : + Máy khoan , khoét + Máy doa - Phân loại theo chuyển động : +Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng +Doa ngang: dao quay theo phương nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện : +Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện. +Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ thống hở. +Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình . Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao. - Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ,ta có: +Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn +Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn +Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn. I.2 giới thiệu máy doa 2620B I-Giới thiệu máy 1/ Chức năng của máy Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau: - Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính. -Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất. - Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài. 2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa a, Truyền động chính Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ DD-YY Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ được đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí. Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy. b, Truyền động ăn dao Bao gồm các truyền động: - Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang. -Chuyển động sang trái. -Chuyển động sang phải Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao. c, Các truyền động phụ - Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc. - Các truyền động bơm nước, bơm dầu... 3- Kết cấu của máy doa 2620B a, Thân máy Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ b, ụ chính Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so vớithân máy. Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao . c, ụ trục phụ Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao. d, Bàn máy Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải. 4/ Các chế độ vận hành của máy a, Máy doa ngang 2620B có các chế độ vận hành sau: +Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. + Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phương pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học. +Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng được bố chí trên hai ụ máy. b,Các thông số kỹ thuật của máy +Đường kính trục chính D= 90 mm +Kích thước bàn máy 900 - 1200 mm + Độ dịch chuyển dọc của bàn máy :1090 mm + Độ dịch chuyển hướng tâm của mâm cặp :170 mm + Tốc độ quay của trục chính :12,5- 2000 V/p + Mô men cực đại trên trục chính :308 KN.m + Tốc độ quay của mâm cặp: 80-200 V/p + Phạm vi ăn dao của bàn : 1,4 - 1110 mm/p + Pham vi ăn dao của ụ : 1,4 - 1170 mm/p + Phạm vi ăn dao của mâm cặp : 9,8 - 700 mm/p + Phạm vi ăn dao của trục chính : 2,2 - 1760 mm/p + Lực ăn dao cực đại của trục chính : 1500 KN + Lực ăn dao cực đại của ụ : 2000 KN + Lực ăn dao cực đại của bàn máy : 2000 KN + Kích thước lỗ doa lớn nhất khi gia công : - Bằng trục chính :320 mm - Bằng mâm cặp :600 mm + Kích thước lớn nhất khi tiện mặt đầu :550 mm + Trọng lượng lớn nhất của chi tiết gia công :200 Kg + Trọng lượng bàn máy : 1500 Kg + Kích thước máy :750 x 3000 x 3000 mm + Động cơ truyền động chính là động cơ KĐB ro to lồng sóc có hai cấp tốc độ . Pđm =10 Kw Tốc độ định mức : Nđm = 1460 , 2890 (v/p) + Động cơ truyền động ăn dao là động cơ một chiều kích từ độc lập. II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B Trong máy doa ngang 2620B truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như sau: 1, Phạm vi điều chỉnh tốc độ Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620B có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số: 2, Độ trơn khi điều chỉnh Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như doa lỗ có đường kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ ẹ6- ẹ9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vô cấp. 4,Độ ổn định tốc độ khi làm việc Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 á Mmax thì yêu cầu độ sụt tốc độ là: 4,Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất. Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này được xác định bởi lực ăn dao, bao gồm : lực kéo Fx ,tổn hao ma sát trên gờ trượt của máy. Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi chiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát trên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và được biểu diễn như hình vẽ sau : Mc,Pc n0 n1 n2 mc pc F,Q v n qđm fđm 0 hình 1-1 ở vùng tốc độ gia công ta có: M=const , P tỉ lệ với U ở vùng chạy dao nhanh: Mằ P/n ; P=const 5,Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động - Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải. -Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này. *Các biện pháp han chế phụ tải: + Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao. + Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. 6, Yêu cầu hãm dừng chính xác Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng. Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và người vận hành. Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm ) - Sử dụng những thiết bị khống chế. -Tăng gia tốc của hệ thống. -Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính. - Tăng lực cản bằng cơ khí. - Hãm bằng điện , sử dụng một trong ba phương pháp: + Hãm ngược +Hãm động năng + Hãm tái sinh - Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ. 7, Yêu cầu về đảo chiều Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng. 8, Yêu cầu về kinh tế + Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa. +Vốn đầu tư mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý. +Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật. phần ii thiết kế sơ đồ nguyên lý 2. 1 giới thiệu chung I- Khái niệm chung Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản suất ngày càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao. Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng nhiều thiết bị như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van . Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu, nhược điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có được những hệ thống truyền động có chất lượng khác nhau. Do đó để có được một phương án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế. II- Nội dung chọn phương án Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết. Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất. Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo được các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao. Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ). III- ý nghĩa của việc lựa chọn phương án Việc so sánh lựa chọn được phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó được thể hiện qua các mặt: + Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản suất. + Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài. + Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động. + Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua. 2-2 các phương án truyền động I- Các phương án đưa ra Để có dược phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B, ở đây em đưa ra một số phương án mà đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động để từ đó làm căn cứ chọn ra phương án tốt nhất. Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc điểm sau: + Phạm vi điều chỉnh: D= 2000:1 + Độ trơn khi điều chỉnh: +Độ ổn định tốc độ khi làm việc : Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy các hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn được chỉ tiêu này. Do vậy ta loại hai phương án này và đưa ra ba phương án sau: + Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ . + Hệ thống van - động cơ. + Hệ thống xung áp - động cơ. II- Phương án I Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ ( 'MY- Đ ) 1,Giới thiệu hệ thống a, Sơ đồ a b c 'MY Đ/C ckđ Đ ft ckf kđ uđk Ăn ucđ Hình 2-1 + FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ + CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại. + KĐ: là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyêch đai tín hiệu điều khiển UĐK +U đ:là điện áp đặt 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ w= const , khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ , thông qua mạch khuyếch đại, cuộn dây CKF được cấp điện, 'MY được kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho động cơ đ động cơ quay . Do đặc điểm của 'MY là có cuộn dọc, cuộn ngang ; cuộn ngang được nối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn. Do vậy hệ thống có hệ số khuyếch đại rất lớn. - Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm cho tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức Uđk =Uđ - Ăn ta thấy khi n giảm thì Uđk tăng qua mạch khuyếch đại ICKF tăng và Ud tăng đ tốc độ động cơ tăng về trị số yêu cầu. Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngược lại. Đó là nguyên lý ổn định tốc độ. 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống ta có : ICKF = KKĐUđk = KKĐ ( Uđ - Ăn ) E ' = Kd KNICK' w' E' = KdKNKKĐ w' (Uđ- Ăn ) đặt :KdKNKKĐ w = K đ E'MY= K(U - Ăn ) Xây dựng phương trình đặc tính cơ của hệ thống: Sau khi biến đổi biểu thức này ta được: (*) Hình 2-2 Trong đó : K = KđKNKKĐw' Uđ : là điện áp đặt. R = Rư' + Rưđ Phương trình ( * ) là phương trình đặc tính cơ của hệ thống. Ta thấy rằng độ cứng của đặc tính là: 0 n0 max n0 min I,M Độ cứng khi có mạch vòng phản hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều. Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2. 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm + Hệ thống làm việc rất linh hoạt. + Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính. +Việc điều chỉnh đều được thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho tự động hoá , nâng cao chất lượng hệ thống. + Có hệ số khuyếch đại lớn. b, Nhược điểm + có nhiều thiết bị quay ,gây ồn. + Hiệu suất sử dụng điện năng thấp h = hĐ/C h' hđ = 0,3 - 0,5 +Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt. III - Phương án II Hệ thống van - động cơ (T - Đ ) 1,Giới thiệu a, Sơ đồ b,Các phần tử của sơ đồ + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến năng lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. + BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển , thực hiện chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung cấp cho động cơ. + Uđ tín hiệu điện áp đặt. + FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu + FX là mạch phát xung. a b c bbđ ckđ đ ft xđk fx th & kđ Ăn Uđ Hình 2-3 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận , van sẽ mở với góc mở a . Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ đ động cơ quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu. Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - Ăn khi n giảm đ UĐK tăng đ a giảm đ Ud tăng đ n tăng về điểm làm việc yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ. 3,Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: Eb = Ebm cosa = Ub ( Ub =Uư : điện áp đầu ra của bộ biến đổi ) Eb = KKĐKb( Uđ - Ăn ) +Phương trình đặc tính cơ của hệ thống: Đây là phương trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ được họ đặc tính cơ m Hình 2-4 n n0max 0 của hệ thống trên hình 2-4. 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a, Ưu điểm: + Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao. + Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt. + Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lượng hệ thống. b, Nhược điểm + Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp. +Sức điện động của bộ biến đổicó dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng ). + Hệ thống làm việc có cosj nhỏ. IV - Phương án III Hệ thống xung áp - động cơ 1, Giới thiệu + - u d0 đ mk ckđ xm xk fx kđ uđk ft Ăn ucđ Hình 2-5 a, Sơ đồ b,Các phần tử của hệ thống + Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. ckđ là cuộn kích từ của động cơ. + MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngược đặt nên van đẻ khoá van. + T :tiristo chức năng như một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn một chiều. + FT : là máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ. +Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo. +KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp Uđk để đưa vào mạch FX. +FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung khoá cho mạch cho mạch khoá van MK. + DO: là van diốt. 2, Hoạt động của hệ thống Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo Uđ ( khi hệ thống đã được đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có: Uđk = Uđ - Ăn Tuy nhiên ban đầu n = 0 đ Uđk = Uđ , tín hiệu này qua mạch KĐ được đưa tới mạch FX sẽ pháp ra xng mở đưa tới chân điều khiển của van T và ở đầu ra có sức điện động ra Eb. Sức điện động này được đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ tương ứng với điện áp đặt ban đầu. Khi muốn thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi Uđ . Trong quá trình làm việc giả sử nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có: Uđk = Uđ - Ăn Khi n giảm đ Uđk tăng đ t1=KUđk tăng đ Eb tăng và tốc độ động cơ sẽ tăng về giá trị đặt. u t t1 tck Nếu tốc độ động cơ tăng quá tốc độ đặt thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn định tốc độ . 3, Họ đặc tính cơ của hệ thống Sức điện động của BBĐ: Phương trình đặc tính cơ của hê thống: Đây làp phương trình đặc tính cơ của hệ thống từ phương trình này ta có họ đặc tính cơ của hệ thống như hình vẽ. n n0max 0 -n0max Hình 2-6 Iư 4, Đánh giá chất lượng hệ thống a,Ưu điểm + Hệ thống này được dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất ằ công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có độ cứng cao. + Hệ thống này dùng ít van động lực . +Dễ tự động hoá. b, Nhược điểm + Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều. + Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ. +Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn. V- Chọn phương án truyền động Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa. Tuy nhiên, phương án I với những nhược điểm căn bản là: + Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay. + Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt. + Hiệu suất thấp đ chi phí vận hành lớn. Vì những lý do đó ta loại phương án này. Vấn đề là lựa chọn một trong hai phương án còn lại. Trong hai phương án còn lại ta thấy rằng phương án III đòi hỏi phải có nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nào cũng có được. Trong trường hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo ra nó từ nguồn xoay chiều , khi đó phương án III trở nên phức tạp hơn phương án II. Mặt khác đối với truyền động ăn dao của máy doa đòi hỏi phạm vi điều chỉnh rất lớn ( D= 2000:1). Như vậy nếu sử dụng phương án III ở vùng tốc độ thấp hệ thống rất dễ rơi vào làm việc ở chế độ dòng gián đoạn. mà muốn khác phục điều này cần phải có cuộn kháng với LK rất lớn. Từ những phân tích như vậy ta thấy rằng phương án II có tính ưu việt hơn cả. Ta chọn phương án II làm phương án truyền động cho truyền động ăn dao của máy doa. 2. 3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Mạch điện nguyên lý của hệ thống truyền động điện gồm hai phần: + Mạch động lực. + Mạch diều khiển. Mạch động lực là phần tử trực tiếp thực hiện các quá trình năng lượng theo yêu cầu công nghệ đặt ra. Mạch điều khiển có chức năng diều khiển mạch động lực thực hiện các quá trình công nghệ . Như vậy khi thiết kế sơ đồ nguyên lý phải đi từ mạch động lực. I-Thiết kế mạch động lực Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến áp động lực, các phần tử R- C. Theo phương án đã chọn thì động cơ là động cơ một chiều kích từ độc lập. Như vậy,việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp. 1, Chọn sơ đồ chỉnh lưu Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lượng khác nhau, giá thành khác nhau . Vấn đề đặt ra là lựa chọn cho phù hợp. - Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lượng điện áp ra kém, nhất là khi góc mở a lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó đòi hỏi góc mở a dao động rộng và như vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng được (khi góc a có nguy cơ hệ thống làm việc ở chế độ dòng gián đoạn ). - Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha. Sơ đồ cầu ba pha tuy có chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành cao và mạch diều khiển cũng phức tạp hơn. Sơ đồ tia ba pha có chất lượng điện áp ra kém hơn ( điều này có thể khắc phục bằng các cuộn kháng ) song nó hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu công nghệ. Vì những lý do này ta chọn sơ đồ tia ba pha. 2, Lựa chọn phương án đảo chiều Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hướng là đảo chiều dòng kích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. a, Đảo chiều dòng kích từ Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từ thì ta phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ có nguy cơ bị ngắn mạch. Ta biết rằng: Khi f = 0 ( Rư rất nhỏ ) thì Iư tăng rất lớn có nguy cơ phá hỏng động cơ. như vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (đảm bảo an toàn ) thì thời gian đảo chiều lớn làm giảm năng suất của hệ thống. Mặt khác, ở phương pháp này hệ thống có họ đặc tính cơ sấu hơn so vớ phương pháp đảo chiều điện áp phần ứng . b, Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ Phương pháp này có thể dùng: + Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ. + Dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song song ngược hoặc đấu chéo. Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc thường xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm. Mặt khác, khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngược lớn gây giật và quá trình hãm ngược còn làm dòng phần ứng lớn vì: Dòng điện này có giá rị rất lớn. - Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp. - Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngược sẽ đảm bảo khắc phục hết những nhược điểm của các phương pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi đảo chiều nhanh nên phương án này là phù hợp hơn cả. 3, Lựa chọn phương án điều khiển hai bộ chỉnh lưu Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phương pháp: + Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng ). + Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung ). a,Điều khiển độc lập ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau. Khi phát cho bộ biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngược không được phát xung sẽ khoá lại và ngược lại. Phương pháp này có ưu điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhược điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn. vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc ở giai đoạn trước phục hồi lại tính chất điều khiển và như vậy làm giảm độ tác động nhanh của hệ thống. Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm thời gian ngừng dòng xuống cực thiểu nhờ những mạch kiểm tra tác động nhanh. b, Điều khiển chung Trong phương pháp này lại gồm có: +Điều khiển phối hợp tuyến tính. + Điều khiển phối hợp phi tuyến. * Phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính: ở phương pháp này người ta đồng thời phát xung đến mở cho cả hai BBĐ , với quan hệ góc mở: a1 + a2 = 1800. Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu ( a 900 ) . * Phương pháp này có ưu điểm: là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp trung bình ra và Uđk là đơn trị. Song nhược điểm của nó là: làm phát sinh dòng cân bằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán của các phần tử. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm các cuộn kháng cân bằng. * Phương pháp điều khiển phối hợp phi tuyến: ở phương pháp này người ta cho hai BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: a1 +a2 = 1800 +2q . * Phương pháp này có ưu điểm là giảm được dòng cân bằng. Song nhược điểm của nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một góc điện áp điều khiển sẽ có hai giá trị điện áp ra khác nhau, thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm sấu các chỉ tiêu chất lượng động khi tải có sức điện đông lớn và tải có điện cảm lớn. Từ những phân tích như vậy ta chọn phương pháp điều khiển phối hợp tuyến tính. 4, Sơ đồ mạch động lực * Thuyết minh sơ đồ Ban đầu đưa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống được cấp nguồn. Tuy nhiên lúc này động cơ chưa làm việc. Giả sử BBĐ1 ( gồm các van: T1 , T2, T3 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay thuận;BBĐ2 ( gồm các van : T4 , T5, T6 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lưu thì động cơ quay ngược. Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở a1 900 với quan hệ góc mở: a1 + a2 = 1800 Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2 ud1 = Ud0cosa1 ud2 = Ud0 cosa2 Điện áp đặt nên động cơ là ud , điện áp cân bằng là điện áp giữa hai điểm N- M, ud = uk - O ucb = ud1 + ud2 = ud1 - ( - ud2 ) Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận. Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van như hình vẽ (trên hình vẽ a1= 300 , a2 = 1500) . Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và như vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còn dòng icb . Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ , do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này. Trong sơ đồ sử._.