Tài liệu LUẬN VĂN : " TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ THEO CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT " ppt

-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 đ

Đồ án tốt nghiệp trang bị điện

Lời nói đầu

Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề Đất nước đang cần sức lực và trí tuệ cũng như lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ sư tương lai

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - 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:

) Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy

) Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

) Phần III: Tính chọn thiết bị

) Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh

) 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

∇6-∇9 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

+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

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

+ 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 ∇6- ∇9 thì tốc độ phải được điều chỉnh

ϕ = n + =n

i i

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 :

Ở vùng tốc độ gia công ta có:

M=const , P tỉ lệ với U

Ở vùng chạy dao nhanh:

M≈ 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

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

- 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:

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

KĐ

U cđ

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 ω= 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

Xây dựng phương trình đặc tính cơ của hệ thống:

n 0 max

n 0 min

Hình 2-2

hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều

Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2

+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 η = ηĐ/C η∋ ηđ = 0,3 - 0,5

+Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt

+ 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

FT

ĐK

KĐ

ϒn

U đ

Hình 2-3

BB

X

TH

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 α Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động

cơ → 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 - ϒn

khi n giảm → UĐK tăng → α giảm → Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại Đây là

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

+ 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 - ϒn

Tuy nhiên ban đầu n = 0 → 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

T U

b CK

= 1

Sức điện động này được đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ

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:

= 1

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 này được dùng ở những nơi có

nguồn một chiều có công suất » công suất

của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có

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 → 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

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

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:

R

Ru

u u

u u

= − = − φω

Khi φ = 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:

R

Ru

u u

u u

= − − = −( + )

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: α1 + α2 = 1800 Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế

độ chỉnh lưu ( α < 900 ) và một BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lưu (α > 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: α1 +α2 = 1800 +2θ

* 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

α1 < 900 và BBĐ2 với góc mở α2 > 900 với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2

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 dụng hai cuộn kháng CK1 và CK2 có Lk lớn để đảm bảo Icb ≤ 10% Id

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPBỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên : Đinh Văn Hà

Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id

II- THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1, Giới thiệu chung

Như ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lưu mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đưa đến mở các tiristo tại các thời điểm yêu cầu Xung điều khiển phải đáp ứng

đủ các yêu cầu như: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc thông thường đối với các bộ chỉnh lưu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) μs là đảm bảo mở chắc cắn các tiristo mạch điện phát ra các xung như vậy gọi là mạch điều khiển

Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển được chia làm hai nhóm:

+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đưa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thường bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lưu ( ngoài ra trong một số trường hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì nguồn)

Nhóm hệ thống này được sử dụng rất phổ biến

+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung ddieef khiển với tần số thường cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung được tự động thay đổi để đảm bảo một lượng ra nào đó (Ud , Id ) không thay đổi Để đạt được điều này thì tần số xung phải được khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại

lượng cần ổn định Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít được dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất

2, Thiết kế mạch phát xung

A, Lựa chọn phương pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thường sử dụng ba phương pháp phát xung chính là:

+ Phát xung điều khiển theo pha đứng

+ Phát xung điều khiển theo pha ngang

+ Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc

a, Phương pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa thay đổi theo chu kì điện áp lưới và có thời điểm suất hiện phù hợp góc pha của lưới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi được

Hệ thống này có nhược điểm là khá phức tạp, song nó có những ưu điểm nổi bật như: khoảng điều chỉnh góc mở α rộng , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung được đưa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó

hệ thống này được sử dung rộng rãi

b, Phương pháp phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc ( UJT )

Phương pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng cưa xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phương pháp này mặc dù đơn giản nhưng có nhược điểm là góc mở α có phạm

vi điều chỉnh hẹp vì ngưỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác, trong một chu kì điện áp lưới mạch thường đưa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển

c, Phương pháp phát xung điều khiển theo pha ngang

Ở phương pháp này người ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển được ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R

- L ) Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Phương pháp này có nhược điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở α hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển do vậy thường ít được sử dụng

d, chọn phương pháp điều khiển

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của

truyền động ăn dao của máy doa là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển Do vậy, phương pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phương pháp này

B, Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Khối 1 Khối 2 Khối 3

Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng cưa để đưa vào khối

so sánh

Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng cưa với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đưa tới mạch tạo xung

Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đưa tới chân điều khiển của tiristo

a, Mạch đồng bộ hoá

Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là khong cách ly được diện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phương pháp này ít được dùng

Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong

đó cuộn sơ cấp nối vào lưới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ được tính toán sao cho góc pha của uđb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các tiristo

Với sơ đồ chỉnh lưu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu

Δ - YO để thực hiện chức năng này Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ như hình vẽ:

chính xác Ta nghiên cứu một số sơ đồ để tìm ra sơ đồ đáp ứng được yêu cầu này

1b- Sơ đồ diốt - điện trở - tụ điện - tranrito

Trong sơ đồ này có trang bị thêm: T2, D2, R4, R5 là mạch ổn định dòng

để nạp cho tụ, điện áp giữa cực gốc với cực phát của Tr2 là:

ở nửa chu kỳ âm, D khoá, Tr1 mở nhờ điện trở định thiên R1,R2 Tụ C phóng qua R2 và Tr1.Ta có giản đồ điện áp như hình vẽ: U

Nhận xét:

π

răng cưa chính xác nhưng do có điện trở

bảo vệ R3 mà điện áp trên tụ không giảm

xuống o(v) được Mặt khác , điện trở tải

Nên Ic= const và điện áp trên tụ tuyến tính

- Ở nửa chu kỳ âm, D khoá Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R1 ,R2; tụ

C phóng điện qua Tr Điện áp trên tụ giảm về o

Giản đồ điện áp như hình vẽ:

* Để nâng cao chất lượng làm việc của hệ thống ta sử dụng mạch như ở sơ đồ hình vẽ sau:

U RC

U RC

- +

C

R 3

R 4

- +

a, Sơ đồ so sánh song song dùng Tranrito

Sơ đồ: