Giới thiệu công nghệ máy tiện

Trang 1

Phần i Giới thiệu công nghệ máy tiện



Đ1-1 công dụng và phân loại máy tiện

I công dụng

Máy tiện đ-ợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt

phần kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu

(gia công thô) Hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác

nhất định về kích th-ớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công

tinh )

Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh- tiện trục ngoài ,

tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình Ngoài ra trong máy tiện còn có thể

thực hiện các chức năng khác nh- doa, khoan, tiện ren Bằng các dao doa, dao

cắt, ta rô ren Kích th-ớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đến

hàng chục mét Với độ chính xác cao

II phân loại

Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đ-ơc sử dụng rất phổ biến, đa

dạng Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm máy tiện đ-ợc phân loại nh- sau:

- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:

+ Máy tiện đơn giản

+ Máy tiện vạn năng

Trang 2

Phần i Giới thiệu công nghệ máy tiện



Đ1-1 công dụng và phân loại máy tiện

I công dụng

Máy tiện đ-ợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt phần kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết

có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) Hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích th-ớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh )

Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh- tiện trục ngoài , tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình Ngoài ra trong máy tiện còn có thể thực hiện các chức năng khác nh- doa, khoan, tiện ren Bằng các dao doa, dao cắt, ta rô ren Kích th-ớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đến hàng chục mét Với độ chính xác cao

II phân loại

Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đ-ơc sử dụng rất phổ biến, đa dạng Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm máy tiện đ-ợc phân loại nh- sau:

- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:

+ Máy tiện đơn giản

+ Máy tiện vạn năng

+ Máy tiện chuyên dùng

+ Máy tiện đứng

+ Rơvonve

- Theo kích th-ớc và trọng l-ợng chi tiêt gia công trên máy ta có:

+ Máy tiện bình th-ờng (trọng l-ợng chi tiết từ 100  1000 KG )

+ Máy tiện cỡ lớn ( trọng l-ợng chi tiết cỡ 10.10 3  30.10 3

)

+ Máy tiện cỡ nặng (trọng l-ợng chi tiết cỡ 30.10 3  100.10 3

)

+ Máy tiện cỡ rất nặng (trọng l-ợng chi tiết lớn hơn 100.10 3 )

- Phân loại theo độ chính xác gia công ta có : Độ chính xác bình th-ờng, cao, và rất cao

Đ1-2 đặc điểm chung của máy tiện

đặc điểm chung

Truyền động chính là truyền động quay chi tiết gia công, còn truyền động ăn dao là truyền động tịnh tiến của bàn xe

dao đảm bảo l-ợng ăn dao của dụng cắt gọt kim loại Các truyền động t-ơng ứng đều làm việc ở chế độ dài hạn Các

truyền động phụ có thể là truyền động nhanh dần

Phần lớn các máy tiện trung bình và lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc làm truyền động chính (trừ

máy tiện chính xác ) Với động cơ rô to lồng sóc nó có -u điểm là : Tính kinh tế cao, vận hành tin cậy, đặc tính cơ cứng

đồng thời nó rất thuận tiện khi có sự phối hợp với hộp tốc độ Để điều chỉnh tốc độ ta thực hiện bằng ph-ơng pháp cơ khí (trong phạm vi không rộng lắm ) Nếu khi yêu cầu điều chỉnh trong phạm vi rộng ( 50/1  70/1 ) ta có thể sử dụng động cơ rô to lồng sóc có hai hay nhiều cấp tốc độ nhờ thay đổi số đôi cực ở những máy tiện chính xác truyền động quay trục chính th-ờng sử dụng động cơ một chiều vì nó có -u điểm về ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ Phạm vi điều chỉnh rộng, độ bằng phẳng khi điều chỉnh rất cao, mà còn tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh tốc độ có khoảng cách

II quá trình công nghệ trên máy

Quá trình công nghệ đ-ợc tiến hành : Tr-ớc tiên ta cho khởi động quay trục chính ( cùng quay mâm cặp chitiết ) với tốc

độ (  ) sau đó điều chỉnh l-ợng ăn dao (t) Nhờ sự chuyển động tịnh tiến của bàn dao nên chi tiết đ-ợc cắt gọt một l-ợng theo đúng yêu cầu Muốn tiện theo chiều dài chi tiết ta cho bàn dao chuyển động tịnh tiến dọc theo trục của chi tiết Còn khi ta cần cắt bỏ bớt chiều dài của chi tiết ta cho chuyển động của bàn dao vuông góc với trục chi tiết

Trang 3

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Truyền động chính ở đây là truyền động quay chi tiết và mâm cặp còn truyền động ăn dao là truyền động tịnh tiến dọc theo trục chi tiết

hoặc vuông góc với trục chi tiết Yêu cầu truyền động quay khi gia công phải thực hiện tr-ớc và khi dừng phải dừng sau

để tránh va đập làm mẻ dao và hỏng bề mặt chi tiết gia công

Quá trình công nghệ trên máy tiện có nhiều nguyên công nh- : Tiện thô, tiện tinh, cắt Khi thay đổi nguyên công đó

ta ta phải cho dừng máy hoặc chạy không tải Để chế độ làm việc nguyên công khác

Dạng gia công trên máy tiện đ-ợc thể hiện nh- hình 1.1

chất phụ tải quyết định đến ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ Trên máy tiện đứng chi tiết gia công có đ-ờng kính lớn và

đ-ợc đặt trên mâm cặp nằm ngang hay trục mâm cặp nằm theo ph-ơng thẳng đứng.Do trọng l-ợng mâm cặp và trọng l-ợng chi tiết lớn Nên lực ma sát ở gờ tr-ợt và lực ma sát ở hộp ma sát khá lớn vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền

Ta có đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện nh- hình vẽ 2

Để hệ thống truyền động có điều chỉnh với chất l-ợng tốt thì cần có đặc tính điều chỉnh gần giống với đặc tính cơ của máy Khi đó động cơ đ-ợc sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải với mọi tốc độ

Máy tiện T1565 là máy có công suất lớn nên có yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp điện và có phạm vi

điều chỉnh tốc độ hẹp vì vậy phải dùng động cơ một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp thay đổi từ thông động cơ

2 truyền động ăn dao

Truyền động tịnh tiến của bàn dao với truyền động ăn dao th-ờng yêu cầu pham vi điều chỉnh rộng Với máy tiện T1565 có công suất lớn nên truyền động ăn dao phải yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp điện và sử dụng động cơ truyền động riêng th-ờng là động cơ một chiều kích từ độc lập Điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp thay đổi từ thông mạch phần ứng động cơ

Trang 4

3 các truyền động phụ

Là các truyền động hỗ trợ cho quá trình gia công chi tiết Các truyền động phụ bao gồm :

+ Truyền động bơm dầu bôi trơn

+ Truyền động bơm n-ớc làm mát

+ Truyền động gạt phoi

+ Truyền động di chuyển nhành bàn hay ụ

ii đặc tính kỹ của động cơ truyền động chính

1 phạm vi điều chỉnh

Phạm vi điều chỉnh tốc độ của trục chính:D = max/ min ;D <(40  125)/1.Truyền động cho trục chính dùng động cơ một chiều kích từ

độc lập có công suất 100(kw) quá trình truyền động từ động cơ đến trục qua hộp thay đổi tốc độ Có ba cấp thay đổi tốc độ :

+ Cấp thứ nhất : ở tốc độ quay thấp nhất của động ndc =300 (v/ph) Thì ở trục chính có tốc độ nt = 1 (v/ph) ở tốc độ quay lớn nhất của động cơ nmaxđc = 1500(v/ph) Thì trục tốc độ nt =5 (v/ph)

+ Cấp thứ hai : Tốc độ nhỏ nhất ở cấp tốc độ này bằng tốc độ cao nhất ở cấp tốc độ thứ nhất và tốc độ quay lớn nhất là :

Trị số tốc độ lân cận của truyền động chính có đ-ợc khi điều chỉnh tốc độ bằng cơ khí (có cấp) khác nhau năm lần

tức là 1:5:25:125 (t-ơng ứng tốc độ quay của động cơ ) Kết hợp hai ph-ơng pháp điều chỉnh cả cơ và điện ta sẽ điều chỉnh

đ-ợc vô cấp Với D = 125:1 Khi đó độ trơn khi điều chỉnh là :   1

iii hệ thống truyền động điện 2 1 hệ thống cung cấp điện cho

động cơ truyền động chính

Hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động chính của máy tiện T1565 dùng hệ thống chỉnh l-u bán dẫn cung cấp điện áp một chiều cho động cơ một chiều kích từ độc lập Động cơ có công suất : P = 100(kw) Điều chỉnh tốc độ

động cơ bằng ph-ơng pháp điện khí hoá thay đổi từ thông kích từ động cơ Điều chỉnh từ thông bằng cách thay đổi điện

áp kích thích đặt lên cuộn kích từ chỉnh l-u bán điều khiển dùng hai tiristođiôt và hai điôt

2 đặc điểm của hệ thống truyền động điện

Hệ thống truyền động điện phải đáp ứng đ-ợc các yêu cầu cơ bản sau:

+ Công suất cắt không đổi: P = const

+ Độ trơn khi điều chỉnh:   1

+ Truyền động chính phải đ-ợc đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết theo cả hai chiều

+ Khởi động và hãm dừng phải êm Tránh va đập trong tr-ờng hợp giảm tốc độ bằng cơ khí Truyền động chính phải dừng sau truyền

Trang 5

Chọn đ-ợc loại động cơ có khả năng đáp ứng loại phụ tải của máy tiện, không gây lãng phí về năng l-ợng, giảm

đ-ợc tổn thất khi gia công Chọn đ-ợc loại động cơ có tính năng kỹ thuật cao thuận tiện cho việc điều chỉnh, điều khiển các thông số kỹ thuật cần thiết nh- tốc độ

Thiết kế đ-ợc hệ thống điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu phụ tải, chọn đ-ợc ph-ơng án điều chỉnh tối -u Sử dụng thuận tiện giá thành rẻ

ý nghĩa

Để đáp ứng đ-ợc các yêu cầu cơ bản trong hệ thống máy tiện T1565 ta đ-a ra các ph-ơng án sử dụng các hệ thống truyền động khác nhau sử dụng các loại động cơ khác nhau nh- sử dụng động cơ không đồng bộ có hệ biến áp - động cơ, biến tần - động cơ, sử dụng động cơ một chiều có hệ máy phát động cơ (F - Đ) Khuyếch đại từ-Động cơ (kĐT- ĐC) Van

Động cơ (V-Đ) Nh-ng các hệ này cũng có các -u, nh-ợc điểm khác nhau Do đó mức độ phù hợp với yêu cầu chất l-ợng công nghệ của từng loại tải khác nhau Vì vậy việc lựa chọn, thiết kế sơ đồ nguyên lý cho truyền động chính máy tiện T1565 là rất cần thiết, nó mang ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và kinh tế cho cả hệ thống truyền động của máy trong cả quá trình sản xuất

Đ2-2 chọn động cơ truyền động

Để chọn đ-ợc loại động cơ truyền động phù hợp với yêu cầu truyền động ta đi xét các đặc tính cơ bản của các loại

động cơ Tuy nhiên việc

xét hết tất cả các đặc tính của động cơ là rất phức tạp mà trong kiều kiện thực tế hiện nay th-ờng sử dụng hai loại động sau: Động cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ không đồng bộ ba pha mang tính phổ biến vì nóp thuận tiện trong sử dụng và có tính kinh tế cao Vì vậy ta sẽ đi xét hai loại động cơ này cho truyền động chính máy tiện T1565

K M

f u

CKD

- +

Trang 6

giá trị lớn nhất vậy khi ta thay đổi điện trở phụ R f ta đ-ợc một họ đặc

tính biến trở (hình 3).ứng với phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì

tốc độ động cơ càng giảm.Đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men

ngắn mạch cũng giảm Nên ng-ời ta th-ờng dùng ph-ơng pháp này để hạn chế dòng điện và

Nh- vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đ-ợc một họ đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình

4) Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ

tải nhất định Do đó ph-ơng pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động

Ta thấy khi thay đổi  (giảm  ) thì tốc độ động cơ tăng còn  giảm khi đó ta

Động cơ không đồng bộ đ-ợc sử dụng rộng rãi trong thực tế Ưu điểm

của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài

ra động cơ đồng bộ sử dụng l-ới điện xoay chiều ba pha nên không phải trang

bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo Tuy vậy nó cũng có nh-ợc điểm là

điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn

Ta có ph-ơng trình đặc tính cơ:

Mth =

)(

2

3

2 2

1 1 0

2

n

f

X r r

+ ảnh h-ởng của suy giảm điện áp l-ới cấp cho động cơ

+ ảnh h-ởng của tần số l-ới cấp cho động cơ

+ ảnh h-ởng của việc thay đổi số đôi cực (sảy ra đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ)

Sau đây ta sẽ lần l-ợt đi xét các ảnh h-ởng trên

f1 R f2

Trang 7

a ảnh h-ởng điện trở , điện kháng phụ mạch stato :

khi ta nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch stato thì 1 = const Sth giảm Mth giảm và có đặc tính cơ nh- (hình 6)

ứng với một giá trị tải nào đó thì tốc độ động cơ sẽ giảm nhanh.Ph-ơng pháp thay đổi điện trở, điện kháng phụ này th-ờng

đ-ợc sử dụng để hạn chế dòng khởi động

Từ ph-ơng trình đặc tính cơ ta thấy

mômen tới hạn sẽ giảm bình ph-ơng lần độ suy

giảm của điện áp l-ới trong khi đó tốc độ đồng

bộ 1 giữ nguyên và độ tr-ợt tới hạn Sth không

thay đổi:

Const P

2 2

n

X r

R

 = const

Nh- vậy bằng cách thay đổi điện áp ta có thể thay đổi đ-ợc tốc độ động cơ Ta có đặc tính cơ nh- (hình 7) đặc tính

này phù hợp với tải không đổi Để thay đổi điện áp cấp cho động cơ không đồng bộ ta có thể sử dụng các biến áp tự ngẫu

hoặc sử dụng bộ biến đổi xoay chiều-xoay chiều có điều khiển

Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thay đổi cách đấu dây Nếu thay đổi số đôi cực P thì 1 thay đổi do đó tốc độ

động cơ cũng thay đổi Còn Sth khôngphụ thuộc số đôi cực P nên không thay đổi nghĩa là độ cứng đặc tính cơ vẫn giữ

nguyên Nh-ng vì thay đổi số đôi cực ta phải thay đổi cách đấu dây mạch stato nên do đó mà tùy từng tr-ờng hợp mà

các hệ sốUf ,R1 , X1 cũng thay đổi do đó cũng ảnh h-ởngtới Mth

Hình 8 - Đặc tính cơ khi thay đổi

điệntrở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.Khi đ-a R2f vào

Trang 8

R2f càng lớn, Sth càng lớn thì  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm (hình 9) ứng với tải nhất định thì tốc độ sẽ thay

đổi nhanh hơn và ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ này là không trơn

Hình 9 - Đặc tính cơ biến trở

Ta thấy khi thay đổi

đổi do đó tốc độ động cơ thay đổi Khi

2 2

2

3

f L

U P M

nm th

Trang 9

Để có thể chọn đ-ợc ph-ơng án điều chỉnh tốc độ hợp lý cho máy tiện ta đi phân tích hai ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ nh- sau:

- ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

- ph-ơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ

I ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều ta cần có các thiết bị nguồn nh- máy phát điện một chiều kích

từ độc lập các bộ chỉnh l-u điều khiển v.v Các thiết bị này có chức năng biến năng l-ợng điện xoay chiều thành năng l-ợng điện một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh đ-ợc nhờ tín hiệu điều khiển Uđk

b

I K

R R K





Ta thấy 0max , Mđm , Km Là các số xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng  Mặt khác với các tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh không lớn Vì vậy đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì không thể sử dụng đ-ợc

Trong phạm vi phụ tải cho phép nếu coi các đặc tính cơ tĩnh là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là nh- nhau do đó độ sụt tốc t-ơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải

điều chỉnh Ta thấy rằng trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp thì từ thông đ-ợc giữ nguyên do đó mô men tải cho

0

Trang 10

phép của hệ sẽ là không đổi Mc.cp = Mđm Vì vậy th-ờng sử dụng ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện

áp mạch phần ứng đối với những hệ truyền động có mô men tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh

II ph-ơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ: M = K  I- và sức điện

động quay của động cơ E- = k  

Khi điều chỉnh từ thôngta đ-ợc họ đặc tính cơ nh- hình vẽ :

Nh- trên ta thấy khi giảm từ thông tốc độ động cơ có thể tăng và cũng có thể giảm Nhận xét đó đúng vớ tải Mc = const hoặc Mc là hàm tăng của tốc độ

Nếu mô men tải là hàm giảm của tốc độ Mc = 1/ c thì có thể tốc độ chỉ tăng đơn trị từ thông càng giảm, tốc độ càng tăng do đó dòng I- nằm ở mức không gây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá

Để thấy rõ mối quan hệ giữa tốc độ với từ thông và mô men tải ta xét tr-ờng hợp Mc = const



B K

A K

R M K

c

I

M U

R M

2 2



max =

c u ct

c u

U K

M R K

4

1 ) (

K I

M U

M R





2 1

Trang 11

Vậy ta thấy rằng với Mc1 nào đó khi giảm từ thông từ giá trị K đm tốc độ sẽ tăng Khi K  = K ct thì tốc độ đạt cực đại Sau đó nếu tiếp tục giảm từ thông thì tốc độ sẽ giảm và khi K  = K 0 thì tốc độ bằng không

Nếu giảm mô men tải (Mc2 < Mc1 ) thì quy luật diễn ra nh- trên nh-ng tốc độ cao hơn K ct và K 0 bé hơn Vậy ta thấy rằng khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức :  =

R M

.

1

0





Nh- vậy độ chính xác duy trì tốc độ không cao

Vì mạch kích từ có công suất nhỏ bằng (2  5)% công suất định mức của động cơ Nên có thể thực hiện điều chỉnh tinh hoặc vô cấp cũng có thể không cần sử dụng điện trở phụ Rf mà sử bộ điều áp lấy từ bộ thiết bị biến đổi để điều chỉnh kích từ Khi đó ta có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo đ-ợc những đặc tính tốt

Với việc điều chỉnh kích từ nói chung giải điều chỉnh không rộng Tốc độ nhỏ nhất min bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (khi  = đm ) Tốc độ lớn nhất max bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động cơ Những

động cơ thông dụng chỉ cho phép max 1,5 đm Nghĩa là D  1.5 Các động cơ đặc biệt có thể có giải điều chỉnh từ 4 

8

III chọn ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ

Qua phân tích nh- trên ta thấy: Với ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là nh- nhau Vì trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp từ thông kích từ đ-ợc giữ nguyên do đó mômen tải cho phép của hệ thống sẽ là không đổi Mc.cp = Mđm Vì vậy ng-ời ta th-ờng sử dụng ph-ơng pháp này với những tr-ờng hợp

Mc=const trong toàn dải điều chỉnh Còn với những hệ thống truyền động điện có mô men tải là hàm giảm của tốc độ Mc

= 1/  thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ Với ph-ơng pháp này có thể tốc độ chỉ tăng đơn trị, từ thông càng giảm tốc độ càng tăng Do đó dòng điện phần ứng (I-) nằm ở mức không gây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá và mô men vẫn đảm bảo khả năng quá tải (trong khoảng thời gian ngắn)

Vậy ta thấy với hệ thống truyền động điện của máy tiện T1565 có:

Bộ biến đổi phần ứng là mạch cung cấp nguồn một chiều ổn định cho phần ứng động cơ

Mạch phần ứng có thể đ-ợc sử dụng bằng các hệ thống khác nhau nh-: Máy phát một chiều, bộ biến đổi van, thiết

bị khuyếch đại từ, mạch xung áp Tuy nhiên ta chỉ đi xét hai hệ thống biến đổi đó là: Hệ thống van và hệ thống máy phát một chiều

1- máy phát một chiều

Với máy phát một chiều có đặc điểm là giải điều chỉnh rộng có thể nâng cao độ cứng đặc tính cơ nhờ sử dụng hệ thốnh truyền động tự động và giảm sai lệch tĩnh S% Đặc biệt có -u điểm là linh hoạt trong việc chuyển đổi chế độ làm việc Dễ dàng tạo ra hệ thống với chất l-ợng cao Tuy nhiên việc sử dụng máy phát có nh-ợc điểm là công suất đặt th-ờng lớn hơn công suất yêu cầu gấp ba lần và do sử dụng máy điện quay nên tiếng ồn rất lớn, chiếm nhiều diện tích lắp đặt, nền móng lắp đặt phải chắc

2 hệ thống van - động cơ

Bộ biến đổi van tạo ra nguồn một chiều chỉnh l-u từ nguồn xoay chiều sử dụng các van bán dẫn Bộ biến đổi van có -u điểm là tác động nhanh, tổn thất ít, không gây tiếng ồn, không đòi hỏi cao về nền móng, đặc biệt có kích th-ớc nhỏ gọn, có hệ số khuyếch đại cao có thể tạo ra hệ thống tự động vòng kín Tuy nhiên nó cũng có các nh-ợc điểm là khi chuyển đổi trạng thái làm việc không linh hoạt, đảo chiều khá phức tạp, khả năng quá tải về dòng và áp kém, sức điện

động của bộ biến bổi có độ đập mạch lớn do đó gây tổn hao phụ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp động cơ

Từ việc phân tích trên ta thấy bộ biến đổi van có những nh-ợc điểm tuy nhiên ta có thể khắc phục đ-ợc Mặt khác

nó cũng có nhiều -u điểm hơn hẳn bộ biến đổi sử dụng máy phát vì vậy ta sẽ sử dụng bộ biến đổi van cung cấp nguồn một chiều cho động cơ

II chọn mạch chỉnh l-u

Có nhiều sơ đồ chỉnh l-u đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ tuy nhiên ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất l-ợng khác nhau và giá thành cũng khác nhau vấn đề đặt ra là làm sao lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu công nghệ Các sơ đồ chỉnh l-u gồm các sơ đồ một pha và sơ đồ ba pha

Sơ đồ một pha có giá thành rẻ, chất l-ợng l-ợng điện áp ra kém, góc mở  lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn,

do đó đòi hỏi góc mở  dao động rộng

Sơ đồ ba pha có giá thành đắt hơn sơ đồ một pha, mạch điều khiển phức tạp hơn tuy nhiên chất l-ợng điện áp ra tốt hơn nó hoàn toàn đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ của máy tiện Để thấy đ-ợc -u, nh-ợc điểm của từng loại sơ đồ sau

đây ta sẽ đi xét từng loại sơ đồ

1 sơ đồ chỉnh l-u hình tia ba pha có đi ôt D

Trang 12

Ta có các thông số ở đầu ra có giá trị đ-ợc xác định theo các biểu thức sau:

6 3

Trang 13

Giản đồ dòng và áp trên các van nh- hình sau:

Kết luận : Từ các biểu thức trên ta thấy: Mạch chỉnh l-u hình cầu ba pha cho ta chất l-ợng điện áp đầu ra cao hơn,

bằng phẳng hơn sơ đồ chỉnh l-u hình tia ba pha do đó ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh l-u hình cầu ba pha Vì với sơ đồ này ta có

thể không cần sử dụng máy biến áp Khi có nguồn phù hợp ta chỉ cần sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng điện ngắn

mạch và tốc độ tăng của dòng điện anôt chỉnh l-u

Đ2-5 chọn ph-ơng pháp hãm dừng

Hãm là một trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ng-ợc chiều tốc độ quay của rôto Trong tất cả các trạng

thái hãm động cơ đều làm việc ở trạng thái máy phát

Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm:

- Hãm tái sinh

- Hãm ng-ợc

- Hãm động năng

I hãm tái sinh

Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng tích lũy đ-ợc thành điện năng trả về l-ới

Hãm tái sinh sảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý t-ởng nhờ phụ tải có tính thế năng Khi hãm tái sinh E > U1

K

R I

K

R

2 0

0

) ( 

Hãm tái sinh th-ờng sảy ra đối với những hệ có điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ Khi giảm điện áp,

giảm tốc độ, hoặc đảo chiều quay Hãm tái sinh sảy ra trên những đoạn đặc tính mà điện áp phần ứng có trị số nhỏ hơn

sức điện động

II hãm ng-ợc Hãm ng-ợc là một trạng thái máy phát của

động cơ khi rôto quay ng-ợc với chiều quay t-ơng

ứng của điện áp nguồn gây ra Trạng thái hãm

mạch phần ứng

M

A B C

Trang 14

khi ta đ-a thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho mô men ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mô men cản Tr-ờng hợp này chỉ xảy ra với tải thế năng

2 đảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay :

giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm trên đặc tính tự nhiên (hình15) với phụ tải là Mc1.Ta đổi chiều điện

áp phần ứng và đ-a thêm điện trở phụ (Rf)vào mạch phần ứng Động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở ở chiều quay ng-ợc Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theo chiều cũ còn mômen đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn bc Tại điểm c tốc độ bằng 0 Nếu cắt phần ứng ra khỏi l-ới động cơ sẽ dừng lại Còn nếu tiếp tục đóng phần ứng vào l-ới và nếu tại c mômen của động cơ lớn hơn cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ng-ợc lại

và làm việc xác lập tại điểm d ứng với tải phản kháng.đoạn bc là đoạn đặc tính hãm ng-ợc.trên đoạn hãm ng-ợc vì điện áp

đổi cực tính nên:

Ih =

f u f

E U R

R

E U

đóng kín qua một điện trở hãm Rh còn mạch kích từ vẫn đóng vào nguồn điện nh- cũ để tạo ra  =const

Tại thời điểm cắt phần ứng ra khỏi l-ới điện Do động năng đã tích luỹ đ-ợc ở quá trình làm việc tr-ớc đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu bđ và sức điện động ban đầu Ebđ=K bđ

Dòng điện hãm ban đầu:

Ihbđ =

f u bd f

u

bd

R R

K R

) (  2

K



 ) (

Ta thấy độ cứng đặc tính cơ phụ thuộc trị số Rh Khi  =const Rh càng nhỏ thì đặc tính cơ càng cứng, mô men hãm càng lớn hãm càng nhanh

Trên đặc tính ta thấy với Mc là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn Đoạn đặc tính hãm động năng là đoạn b10, hoặc đoạn

Trang 15

Đ 2-6 sơ đồ nguyên lý mạch phần ứng và ph-ơng pháp hạn chế dòng điện khi khi khởi động

I sơ đồ nguyên lý mạch phần ứng:

Trang 16

MT

MN

- +

2RG2 1RG2

Trang 17

pháp hạn chế dòng điện khởi động

Khi khởi động dòng điện khỏi động th-ờng rất lớn Mặt khác khi khởi động từ thông khi đó còn thấp vì vậy dòng

điện khởi động th-ờng rất lớn vì vậy ta cần phải khống chế dòng điện Việc khống chế dòng

điện có thể thực hiện theo nguyên tắc dòng điện Vì ta điều chỉnh tốc độ theo ph-ơng pháp thay đổi từ thông nên ở ta sử dụng nguyên tắc rung giảm từ thông Quá trình khởi động đ-ợc chia làm hai giai đoạn:

+ Khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên bằng cách đ-a điện trở phụ vào mạch phần ứng khống chế tự động theo nguyên tắc tốc độ

+ Tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từ thông Việc hạn chế dòng điện trong giai đoạn này đ-ợc thực hiện bằng cách rung giảm từ thông, tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện

1 khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên

Giả thiết ta khởi động theo chiều quay thuận Ta ấn nút khởi động thuận  T tác động  mạch phần ứng động cơ

đ-ợc nối vào nguồn một chiều lấy từ đầu ra của bộ chỉnh l-u theo chiều thuận

Tại thời điểm ban đầu 1G và 2G ch-a làm việc toàn bộ điện trở phụ đ-ợc đ-a vào mạch phần ứng động cơ Từ thông

động cơ đc có giá trị bằng 0,7 đm Và động cơ bắt đầu tăng tốc Khi tốc độ động cơ đạt giá trị bằng giá trị tác động của rơ le 1RG  1RG có điện đóng tiếp điểm th-ờng hở mắc nối tiếp từ cuộn 1G  1G có điện đóng các tiếp điểm th-ờng hở 1G Nối ngắn mạch cấp điện trở phụ thứ nhất Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính thứ hai với cấp điện trở Rf2

Đồng thời 2RG đ-ợc cấp điện Động cơ vẫn tiếp tục tăng tốc đến khi đạt đến tốc độ n2 thì điện áp đặt lên 2RG cũng đủ giá trị tác động  2RG có điện  đóng tiếp điểm th-ờng hở của nó nối tiếp với cuộn dây 2G  2G có điện nối ngắn mạch tiếp các điện trở phụ Rf2  Động cơ đ-ợc chuyển sang khởi động trên đặc tính tự nhiên  Tốc độ tăng  I giảm dần Khi dòng phần ứng động cơ giảm xuống bằng giá trị trở về của rơ le dòng điện RI thì rơ le R  ch-a làm việc khi đó ta có Ucđ

Khi tốc độ tăng dần dẫn đến dòng điện giảm dần và khi I - = I tv (giá trị trở về của RI) thì RI nhả  K mất điện 

R  có điện  xuất hiện Ucđ động cơ khởi động ở giai đoạn hai Uđk tăng   tăng  Ukt giảm   giảm  tốc độ tiếp tục tăng Trong khoảng thời gian này thông th-ờng sự giảm của  diễn ra nhanh hơn sự tăng của tốc độ làm cho sức

điện động giảm làm I- tăng Nếu I- tăng đến giá trị tác động của RI  RI làm việc  K mất điện  R  mất điện Nguồn cung cấp điện áp chủ đạo đ-ợc cắt ra do sự phóng điện của C3 qua WR và R2 và Ucđ giảm xuống (không mất ngay )  Ucđgiảm  Uđk tăng   giảm  Ukt tăng   tăng  E tăng  I- giảm

Khi I- giảm bằng giá trị trở về của rơ le RI  RI nhả  K có điện  R  có điện  nguồn cung cấp chủ đạo lại

đ-ợc đóng vào mạch phân áp chủ đạo  C3 lại đ-ợc nạp  Ucđ tăng   giảm Quá trình diễn ra đ-ợc lặp lại một số lần cho đến khi RI giảm mà tốc độ động cơ đạt giá trị đủ lớn dòng qua phần ứng động cơ tăng và đạt đến giá trị RI thì RI ngừng làm việc điện áp chủ đạo bằng giá trị đặt, Động cơ sẽ tăng tốc chuyển tới tốc độ làm việc Quá trình khởi động kết thúc Nếu ta muốn điều chỉnh từ tốc độ thấp lên tốc độ cao hơn thì hệ thống sẽ điễn ra giống nh- ở giai đoạn hai của quá trình khởi động

Đ 2-8 chọn bộ biến đổi mạch kích từ

chọn bộ biến đổi

Để đơn giản cho mạch kích từ ta cũng sẽ chọn bộ biến đổi sử dụng các van bán dẫn Với máy tiện T1565 ta sử dung ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ bằn cách thay đổi dòng điện qua cuộn kích từ vì vậy ta cũng sẽ sử dụng bộ biến đổi một chiều sử dụng các van có điều khiển

I chọn sơ đồ mạch chỉnh l-u

Vì cuộn kích từ có công suất nhỏ hơn công suất mạch phần ứng nên ta có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha có điều khiển hoặc bán điều khiển Để thấy đ-ợc tính -u, nh-ợc điểm của từng loại sơ đồ sau đây ta sẽ lần l-ợt đi xét hai sơ đồ hình cầu một pha bán điều khiển và điều khiển hoàn toàn

1 sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn

sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp: (hình 18)

cho các van T1 

điện áp xoay chiều

Rd

T3 U2

Trang 18

Eđ , Lđ , Rđ : Là các phần tử phụ tải

U1, U2 : Là điện áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA

i 1 , i2 : Là dòng điện trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA

a Nguyên lý làm việc của sơ đồ :

Xét với phụ tải Lđ = 

Giả thiết là trong khoảng lân cận phía tr-ớc thời điểm  t = v1 =  thì trong sơ đồ hai van T3, T4 đang dẫn dòng Tại

 t = v1 =  thì hai van T1 , T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận (UT1 = UT2 =

U2) Do vậy cả hai van này cùng mở Hai van T1 T2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không.Và ta có:

Uđ = U2 ; UT3 = UT4 = -U2

Và tại  = v1 =  thì U2 > 0 tức là T3, T4 bị đặt điện áp ng-ợc và khoá lại từ thời điểm này trong sơ đồ chỉ có hai van T1 ,

T2 dẫn dòng Khi hai van T1, T2 làm việc thì:

Ud = U2 ; UT1 = UT2 = 0 ; UT3 = UT4 = -U2 ; iT1 = iT2 = iđ = Iđ ; iT3 = iT4 = 0

Đến  t =  thì U 2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động ng-ợc chiều với chiều dòng qua

T1,T2 Đồng thời T3 , T4 lúc này có điện áp thuận nh-ng vẫn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển vì vậy mà T1, T2 vẫn tiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động sinh ra trong Lđ dòng tải có su h-ớng giảm

Tại  t = v2 =  +  thì T3,T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển Trên hai van đang có điện áp thuận nên T3, T4 mở Khi hai van T3, T4 mở thì sụt điện áp trên nó giảm về băng không và ta có:

Uđ = - U2 ; UT1 = UT2 = U2

Và Tại  T =  +  thì U2 > 0 tức là T1, T2 bị đặt điện áp ng-ợc và khoá lại lúc này trong sơ đồ chỉ có hai van T3,

T 4 khi hai van T 3 ,T 4 làm việc ta có:

Uđ = U2 ; UT1 = UT2 = U2 ; UT3 = UT4 = 0

iT1 = iT2 ; iT3 = iT4 = i đ = Iđ

Đến  = 2  thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d-ơng nó có tác động ng-ợc với chiều dòng qua T3, T4

đồng thời T1,T2 đ-ợc đặt điện áp thuận nh-ng T1, T2 vẫn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển nên sức điện động tự cảm Lđ vẫn làm cho T3, T4 mở và tiếp tục dẫn dòng

Đến  t = v3 = 2  +  thì T1,T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển nên T1, T2 cùng mở T3, T4 bị đặt điện áp ng-ợc và khoá lại Từ thời điểm này sơ đồ lại lặp lại trạng thái nh- từ  t = v1

Trang 19

2 sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha bán điều khiển

Sơ đồ nguyên lý và giản đồ dòng và áp (Hình 20)

Trong sơ đồ này hai

v1 =  thì trong sơ đồ có hai van T2 và

D 2 làm việc Lúc đó ta có U t1 = U 2 > 0 nh-ng T 1 còn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển Tại  t = v 1 =  thì T 1 có tín hiệu điều khiển T1 có đủ hai điều kiện để mở  T1 mở và cùng dẫn dòng cùng van D2 Do T1 mở nên UT1 giảm về bằng 0 vì vậy U T2 = -U 2 < 0 Tức là T 2 bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại từ  t = v 1 =  thì chỉ có T 1 , D 2 làm việc khi T 1 và D 2

cùng dẫn dòng ta có:

Ud = U2 ; UT2 = -U2 ; UD1 = -U2 ; UT1 = 0 ; UD2 = 0

iT1 = id = Id ; iD2 = id = Id ; iT2= 0

Đến  t =  thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang âm nên D2 sẽ bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại Điện áp thuận đ-ợc

đặt lên D1 và T2 do T2 ch-a có tín hiệu điều khiển nên T2 vẫn ch-a dẫn dòng còn D1 mở D1 mở nên điện áp trên nó giảm

về bằng không (UD1 = 0) Và ta có UD2 = U2 Do T2 ch-a mở mà điện áp Ld có giá trị lớn (L =  ) Nên sức điện động tự cảm sinh ra trong Ld vẫn duy trì nên T1 vẫn mở Vậy từ  t =  trong sơ đồ chỉ có hai van T1, D1 mở lúc này ta có:

Đến  t = 2  thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang d-ơng U2 bắt đầu đặt điện áp thuận lên T1 và D2 Do T1 ch-a có tín hiệu

điều khiển nên T1 vẫn khoá Còn D2 sẽ mở D2 mở điện áp trên nó giảm về bằng 0 và ta có UD1 = -U2 Mà tại  t = 2  thì

U2 đang chuyển sang d-ơng nên D1 sẽ bị đặt điện áp ng-ợc nên sẽ khoá lại Mặt khác T1 ch-a mở mà điện cảm Ld có giá trị rất lớn nên sức điện động tự cảm sinh ra trong Ld để tiếp tục duy trì dòng tải làm T2 vẫn mở do vậy từ  t = 2  trong sơ

đồ có hai van là T2 và D2 cùng đẫn dòng Khi T2 và D2 dẫn dòng ta có:

UT2 = 0 ; UD2 = 0 ; Ud = 0 ; UD1 = -U2 ; UT1 = U

IT1 = 0 ; ID1 = 0 ; iD2 = id = Id ; iT2 = id = I

Tại  t = 2  +  Thì T1 có tín hiệu điều khiển nên T1 mở T1 mở UT1 giảm về bằng không nên UT2 = -U2 < 0 T2 bị đặt

điện áp ng-ợc nên khoá lại Do vậy từ  t = v3 trong sơ đồ chỉ có T1 và D2 dẫn dòng sơ đồ lại lặp lại trạng thái làm việc nh- từ  t = v1

Kết luận: Qua việc phân tích trên ta thấy với sơ đồ hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn có điện áp ra một chiều bằng phẳng hơn song để mở các van ta cần có bốn kênh điều khiển để mở các Tiristo vì vậy sẽ phức tạp hơn cho hệ thống

Ta biết rằng với mạch kích từ đòi hỏi công suất không lớn lắm nên ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha bán điều khiển sử dụng hai tiristo và hai điôt với sơ đồ này nó cũng có thể đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trong hệ thống mà ta chỉ cần sử dụng hai kênh điều khiển nên sẽ đơn giản cho mạch điều khiển và sử dụng ít thiết bị hơn sẽ kinh tế hơn

Rd

T2 U2

Ed

Ld

D2 D1

Trang 20

Trang 21

2-10 thiết kế mạch điều khiển tiristo (t 1 , t 2 )

Nh- ta đã biết để cho các van của bộ chỉnh l-u mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có mạch phát ra

các xung điều khiển đ-a đến mở các tiristo tại những thời điểm yêu cầu nh-: Biên độ, công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van khi cần thiết Vì vậy ta cần phải phân tích chọn các mạch điều khiển đáp ứng các yêu cầu trên và phải

đảm bảo chất l-ợng cao

Hiện nay hệ thống điều khiển th-ờng sử dụng ba ph-ơng pháp phát xung chính đó là:

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc sử dụng điôt hai cực gốc

I mạch 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 c-a thay đổi theo chu

kỳ điện áp l-ới và có thời điểm xuất hiện phù hợp góc pha của l-ới với điện áp một chiều thay đổi đ-ợc

Hệ thống này có nh-ợc điểm là mạch khá phức tạp song nó cũng có những -u điểm nổi bật nh-: Khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá Mỗi chu kỳ của điện áp anôt của tiristo chỉ có một xung đ-a đến mở Nên giảm tổn thất trong điều khiển Do đó hệ thống này đ-ơc sử dụng rộng rãi

II mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang

Ph-ơng pháp này ng-ời ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và có biên độ không đổi Các xung điều khiển sẽ đ-ợc

tạo ra tại các thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang d-ơng của các điện áp điều khiển hình sin Việc thay đổi góc

điều khiển đ-ợc thực hiện bằng cách thay đổi góc pha của các điện áp điều khiển hình sin Vậy với hệ thống điều khiển này tr-ớc tiên ta phải tạo ra hệ thống điện áp hình sin với biên độ không đổi và góc pha điều khiển đ-ợc Với hệ thống

điều khiển này ng-ời ta sử dụng các sơ đồ cầu dịch pha dùng điện trở, tụ điện (cầu R-C) Hoặc điện trở, điện cảm (R-L) Khi đã có các điện áp điều khiển ng-ời ta tạo ra các xung điều khiển cho các tiristo tại những thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang d-ơng của các điện áp hình sin Sau khi đã có các xung xuất hiện đúng thời điểm cần thiết thì tuỳ thuộc vào dạng và công suất xung đã có và xung yêu cầu cần có mà sửa xung theo đúng yêu cầu để mở tiristo

Hệ thống này có một số nh-ợc điểm nh-: Phạm vi thay đổi của  không rộng, rất nhạy với sự thay đổi dạng của

điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển Nên hệ thống này ít đ-ợc sử dụng

III mạch phát xung điều khiển sử dụng điôt hai cực gốc (UJT)

Ph-ơng pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng c-a xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Ph-ơng pháp này đơn giản song có nh-ợc điểm là góc mở  có phạm vi điều chỉnh hẹp vì ng-ỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác trong một chu kỳ điện áp l-ới mạch th-ờng đ-a ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển

Kết luận: Qua phân tích nh- trên ta thấy ph-ơng pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng có -u điểm

là góc mở  có phạm vi điều chỉnh rộng đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ Vậy ta chọn ph-ơng pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

điện áp cho sơ đồ chỉnh l-u

Urc : Điện áp tựa có dạng hình răng c-a lấy từ khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a

Uđk : Điện áp điều khiển một chiều lấy từ đầu ra của khối khuyếch đại và đ-a vào khối so sánh để so sánh với điện

áp răng c-a

UđkT : Điện áp điều khiển đ-ợc lấy từ đầu ra của mạch điều khiển để điều khiển mở tiristo

Khối I : Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và tạo ra điện áp

có hình răng c-a để đ-a vào khối so sánh

Khối II : Khối so sánh Khối này có nhiệm vụ so sánh tín hiệu điện áp tụa hình răng c-a với điện áp điều khiển

(Uđk) để phát ra tín hiệu xung điện áp để đ-a tới mạch tạo xung

Khối III : Khối tạo xung Khối này có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển có đủ thông số để đ-a tới chân điều

khiển của tiristo

1 khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a

Khối này có nhiệm vụ tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh l-u và điều khiển đ-ợc thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi

Trang 22

chu kỳ và tín hiệu đ-ợc sử dụng tốt nhất là tín hiệu dạng răng c-a có chu kỳ biến đổi nh- dạng tín hiệu ra Trong khâu gồm mạch đồng bộ tạo ra điện áp đồng bộ (Uđb) Mạch tạo sóng răng c-a đ-ợc tạo ra do nguồn đồng bộ

Khối đồng bộ hoá phát sóng răng c-a có thể đ-ợc xây dựng từ các phần tử D, R, C, kết hợp với các TRANTZITO (TR) hoặc IC khuyếch đại thuật toán để có dòng nạp cho tụ là tuyến tính Ta sử dụng vi mạch thuật toán có sơ đồ nh- hình

vẽ sau:

Nguyên lý làm việc của khối nh- sau:

Giả thiết : TR khoá thì tụ C đ-ợc nạp bởi dòng đầu ra của IC khuyếch đại thuật toán Dòng nạp của tụ đ-ợc xác

định: ic = -i1 + iv

Nếu IC khuyếch đại tuật toán là lý t-ởng điện trở vào của nó bằng vô cùng thì: i v- = i v+ = 0 do vậy i c = -i 1 Mặt khác : i1 = I Const

R WR

U cc  



 3

Ư

điều này có nghĩa là khi TR khoá thì tụ C đ-ợc nạp bởi dòng không đổi có giá trị I Vậy ta có:

Từ  t = 0 thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d-ơng dẫn đến D mở nên mạch gốc phát TR bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại Tụ C đ-ợc nạp điện bởi dòng không đổi từ đầu ra của IC khuyếch đại thuật toán Điện áp trên tụ đ-ợc tăng dần theo quy luật tuyến tính Đến  t =  thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang âm  D khoá, TR mở nhờ cặp điện trở định thiên R1, R2 nên tụ C phóng điện nhanh qua TR Điện áp trên tụ giảm dần về bằng 0 và giữ nguyên giá trị 0 cho tới  t =

2  và bắt đầu lại chu kỳ nạp mới Ta có đồ thị điện áp (hình vẽ 22)

Với giả thiết IC khuyếch đại là lý t-ởng thì hệ số khuyếch đại là vô cùng lớn Vậy nếu IC khuyếch đại đang ở chế

độ khuyếch đại tuyến tính thì điện áp giữa hai đầu đ-ợc xem nh- là bằng không (U = 0) Từ sơ đồ ta có: Urc = Uc + Uv =

Uc Tức là điện áp đầu ra bằng điện áp trên tụ C

Vậy ta thấy với sơ đồ này có -u điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác, dung l-ợng tụ C nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ TR Mặt khác do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên điện áp ra có dạng gần lý t-ởng (dung l-ợng của tụ khoảng 220

 F)

2 khâu so sánh

Nhiệm vụ: Tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng c-a

và điều khiển đ-ợc thời điểm xuất hiện của mỗi xung Mạch so sánh có thể sử dụng các TR hoặc vi mạch khuyếch đại thuật toán

Tín hiệu vào của khâu so sánh là điện áp răng c-a (Urc) và điện áp điều khiển một chiều (Uđk) Hai điện áp này đ-ợc tổng hợp sao cho đầu vào của khâu so sánh có tác dụng ng-ợc chiều nhau Có hai cách tổng hợp tín hiệu đó là tổng hợp nối tiếp và tổng hợp song song Với ph-ơng pháp tổng hợp nối tiếp có -u điểm là chính xác, với việc sử dụng vi mạch cho phép xác định góc  chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hòa rất nhanh Vì vậy ta sử dụng ph-ơng pháp tổng hợp

tín hiệu nối tiếp và sử dụng vi mạch thuật toán

Ta có sơ đồ mạch so sánh và dạng xung, áp điều khiển đầu ra của khâu so sánh (hình 23)

- Ucc

*

TR1

iv- iv+

R3

Ic

IC 1

-

C

Trang 23

Nguyên lý làm việc của khối nh- sau:

Giả sử : Dạng điện áp răng c-a và điện áp điều khiển nh- hình vẽ Từ sơ đồ mạch ta có điện áp đầu ra vi mạch đ-ợc xác định theo biểu thức: Uv = Uđk - Urc

Vì vậy trong khoảng  t = 0  v1  Uđk >  Urc nên  Uđk- Urc >0 Điện áp đ-a đến đầu vào đảo của IC có trạng thái 1 và đầu ra có trạng thái 0  không có xung ra Từ  t = v1 v1,

thì  Uđk <  Urc Do đó đầu vào IC bắt đầu lật trạng thái do đó đầu ra của IC có trạng thái 1 Trong khoảng  t = v1,  v2 Đầu vào của IC luôn có trạng thái 1 do

 Udk >  Urc  Nên đầu ra IC ở trạng thái 0 vì vậy không có xung xuất hiện Khi  Urc >  Udk thì IC lật trạng thái khi đó ta lại đ-ợc một xung điều khiển nh- vậy mỗi chu kỳ ta sẽ đ-ợc một xung Khi thay đổi giá trị Udk ta sẽ điều chỉnh đ-ợc thời

điểm phát xung hay thời điểm lật trạng thái cuả IC khuyếch đại thuật toán tức là điều chỉnh đ-ợc góc mở 

2 khâu tạo xung

Nhiệm vụ: Vì các xung ở đầu ra của khâu so sánh ch-a đạt yêu cầu về độ chính xác của các thời điểm xuất hiện

xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh, biên độ, độ rộng, công suất Vì vậy mạch tạo xung nhằm tạo ra các yêu cầu

về độ chính xác nêu trên Khâu tạo xung đ-ợc thực hiện bởi các mạch khuyếch đại xung và mạch sửa xung và sau đó xung

đ-ợc đ-a đến cực điều khiển của các Tiristo Việc đ-a xung điều khiển đến cực điều khiển của tiristo đ-ợc thực hiện bởi các máy biến áp xung vì các máy biến áp xung vừa có thể cách li giữa mạch động lực và mạch điều khiển vừa có thể đồng thời

đ-a nhiều xung đến mở các Tiristo

a Mạch khuyếch đại xung :

Sơ đồ mạch khuyếch đại xung (hình 24)

Để khuyếch đại xung ta có thể sử dụng các tranzito hay các tiristo Với các mạch sử dụng tiristo th-ờng đ-ợc sử dụng trong các tr-ờng hợp đòi hỏi công suất điều khiển lớn và thời gian tồn tại xung dài tr-ờng hợp này ít gặp Trong thực tế ta th-ờng sử dụng các tranito ghép thành tầng khuyếch đại th-ờng ghép theo mạch Đalingtơn với hệ số khuyếch

có xung vào thì đầu ra của biến áp xung ra (có xung điều khiển Tiristo)

Vì tbh > txv nên thời gian tồn tại xung vào ch-a làm cho biến áp xung bão hoà do đó khi xung vào mất thì xung ra cũng mất theo (UđkT=Uv)

b Mạch sửa xung: Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung th-ờng hay thay đổi theo góc mở  Do đó ta phải

có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung xung ra đủ mức cần thiết Mạch sửa sung ta sử dụng các phần tử R-C ghép

giữa khâu so sánh và khâu khuyếch đại xung c Mạch phân

chia xung: Để đảm bảo sự đối xứng của tín hiệu điều khiển trên các van của sơ đồ chỉnh l-u ta phải sử dụng mạch phân

chia xung đảm bảo các xung điều khiển của hai kênh lệch nhau một góc 180 0

+Ucc

Trang 24

Để tạo ra mạch phân chia xung ng-ời ta sử dụng các linh kiện bán dẫn với các mạch điện tử nh- các mạch Trigơ, các mạch đa hài đợi, các mạch lôzic sử dụng phần tử AND, NAND, OR

II mạch tạo Điện áp nguồn nuôi

Ta sử dụng mạch nguồn nuôi chỉnh l-u tạo điện áp U =  15 (v) để cung cấp điện áp cho mạch điều khiển

Sơ đồ mạch tạo điện áp nguồn nuôi nh- hình (hình 27):

VI mạch khuyếch

đại trung gian Sơ đồ mạch khuyếch đại trung gian (hình 28):

động tăng tốc độ đến giá trị đặt (Uđ) Ng-ợc lại nếu tốc độ tăng dẫn tới Udk giảm   giảm  Ucl tăng  Ikt tăng  

tăng  động cơ lại tự động giảm tốc tới giá trị đặt

+

R1

C3

0  2

 1

 t

Trang 25

1 Đặt vấn đề:

Để hệ thống truyền động điện đáp ứng đ-ợc quá trình công nghệ thì việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng cả

về kỹ thuật và kinh tế Nếu việc tính chọn thiết bị càng chính xác thì hệ thống làm việc càng an toàn và còn nâng cao đ-ợc hiệu xuất của hệ thống Nếu việc tính chọn các thiết bị không chính xác thì khi vận hành hệ thống sẽ làm việc thiếu chính xác và không an toàn vì vậy sẽ không đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ của các chi tiết gia công Thậm chí khi cho vận hành sẽ làm cho cả hệ thống bị hỏng Vậy việc tính chọn các thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cho cả hệ thống truyền

động Khi chọn các thiết bị cần phải đáp ứng đ-ợc yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật

+ Tốc độ nhỏ nhất trên trục động cơ: nmin = 300 (v/ph)

+ Tốc độ lớn nhất trên trục động cơ : nmax = 1500(v/ph)

+ Ke = 8

+ Số đôi cực phần ứng: 2p = 4 + Quá tải làm việc cho phép: n = nH=2,5 (lần); n= nH=1,6 (lần)

+ Cuộn dây phần ứng: 2a = 2; w = 189 (vòng/cực); UH =440 + Cuộn dây kích từ: 2a = 2; w = =677 (vòng)

+ Điện trở cuộn dây kích thích: Rkt = 4,08 (  )

+ Điện áp cuộn dây kích thích: Ukt = =110 (v)

Ke = 1 ,045: Là hệ số dự trữ theo điện áp có khả năng giảm điện áp l-ới

Kc = 1,2  1,5: Là hệ số kể đến giá trị điện áp ng-ợc đặt lên van

Thời gian quá tải 20% = 30 (s)

Thời gian quá tải 100% = 1 (s)

E max : Là sức điện động lớn nhất lấy bằng điện áp định mức của động cơ: E max = U H

Ig0H: Là giá trị dòng lớn nhất khi hãm:

Ig0H = 2,5 IH = 2,5 254 = 635 (A)

Trang 26

Vậy ta có: R H =  0 , 69 

635 440

b chọn điện trở hãm: Ta phải tính chọn điện trở hãm lớn nhất hoặc lấy bằng giá trị tính toán để đảm bảo dòng

điện khi hãm Trạng thái của điện trở là ngắn, đoạn thời gian đóng điện t-ơng đối  B% =0 ở đây điện trở hãm chỉ có một cấp Ipmax = Icp

Icpmax = Icp =635 (A)

Tra giản đồ để tính toán dòng điện tính toán Ip ta có:

I p /I cp = 0,1 Nên giá trị của dòng tính toán chạy qua R H cho phép khi hãm là:

Giản đồ khởi động qua hai cấp điện trở phụ:

- Giá trị của điện trở khởi động R1, R2

Khi động cơ khởi động qua hai cấp điện trở thì giá trị của

điện trở toàn bộ là:

R = r1 + r2 + r0

I1 = 2 IH Là dòng điện khởi động lớn nhất

I 2 : Là dòng điện chuyển đổi

Giá trị điện trở đ-ợc tính:

254 2

440 2

H

I

U I

Ke = 1,1 Là hệ số dự trữ kể đến khả năng giảm điện áp l-ới

Kc = 1,7 Là hệ số kể đến giá trị điện áp ng-ợc đặt lên van

KV = 1,05 Là hệ số kể đến ảnh h-ởng của điện áp rơi trên van và cuộn dây MBA

Từ yêu cầu: Ung UBmax.PM6

 UB (v)

Trang 27

Tiristo đ-ợc chọn theo các thông số sau:

+ Giá trị trung bình của dòng điện qua Tiristo

+ Điện áp ng-ợc cực đại đặt lên tiristo

- Giá trị trung bình của dòng điện chạy qua Tiristo:

K V = : Là hệ số kể đến ảnh h-ởng của điện áp rơi trên van

Điều kiện chọn Tiristo:

Ungmax Ungmax.pac

 U (v)

t0f (às)

Ig (A)

Ug (u)

Di/dt (A/ms)

Du/dt (V/ms)

3 chọn máy biến áp cung cấp điện áp cho mạch kích từ

Máy biến áp chỉnh l-u cung cấp điện áp thích hợp cho mạch kích từ

điện áp thứ cấp của MAB:

Trang 28

Mã hiệu nH (v/ph) UH (V) IN (A) R ( )

4 chọn mạch khuyếch đại xung

- Chọn Tranzito TR 7 :Chọn TR7 loại M- 25 có các thông số sau:

5 chọn IC khuyếch đại thuật toán

chọn IC khuyếch đại thuật toán loại TL - 084 có điện áp nguồn nuôi Vcc =  15 (v) Hiệu điện thế giữa cổng đảo

và không đảo Uđ =  30 (v) Nhiệt độ làm việc từ 25 0

Các phần tử của bảng trạng thái nh- sau:

Có hai loại bảo vệ:

- Bảo vệ quá gia tốc dòng điện di/dt

- Bảo vệ quá điện áp du/dt

Trong mạch động lực ta chọn điện cảm lớn, điện áp đặt vào động cơ qua bộ chỉnh l-u nên không có sự biến thiên dòng điện ở đây ta chọn bảo vệ quá gia tốc điện áp Sự biến thiên do:

+ Quá trình biến động của mạch

Lk Là điện cảm trong mạch , ở đây là điện cảm phần ứng động cơ với L-k = 1,25 ; 2p = 4

2

1

Trang 29

n P I

U L

H H

H

300 4 23 254

60 440 25 , 1 2

60

Uf0 : Là điện áp ng-ợc cho phép của van

Kn : Điện áp ng-ợc trong quá trình chuyển đổi

Kl =

C K

k

U K

W

(  F) Với Kn = 3 ta chọn đ-ợc Kw = 0,4

0046 , 0 4 , 0 C

Lk Kc.

Vậy ta chọn phần tử bảo vệ gồm có: R = 220 (  )

C = 100 (  F)

8 chọn máy biến áp xung

Chọn vật liệu sắt từ  330 Lõi sắt từ có dạng chữ E làm việc trên đặc tính từ hoá

7 , 0

Sơ bộ chọn chiều dài đ-ờng sức l = 0,1 (m)

Khe hở lkh = 50 -5

(m)

4 5

10 8 , 5 10 4 , 1

1 , 0 10

1 ,

l

kh

Thể tích lõi sắt từ:

Trang 30

7 , 0

15 9 , 0 15 , 0 10 6 10 10 8 , 5

.

2

4 6 3 2

2 0

cm B

I U

Q : Là tiết diện lõi sắt

I2 : Là dòng sơ cấp quy đổi về thứ cấp

10 6 15

103

n W

Phần IV xây dựng đặc tính tĩnh



I Đặt vấn đề

Trạng thái làm việc và trạng thái xác lập của hệ thống truyền động thể hiện rất rõ trên đặc tính của hệ thống Nh- vậy khi ta khảo sát đặc tính tĩnh của hệ thống ta biết đ-ợc hệ thống có đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật và chất l-ợng tĩnh hay không tức

là qua đó kiểm tra đ-ợc độ sụt tốc hay l-ợng sai lệch tĩnh có đảm bảo đ-ợc yêu cầu công nghệ của máy hay không

Đặc tính tĩnh của động cơ một chiều kích từ độc lập th-ờng xây dựng dựa theo quan hệ n = f(I) và n = f(M) Đó là hai dạng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của máy Hai đ-ờng đặc tính này trùng nhau do đó ta chỉ sử dụng một trong hai quan hệ trên để xây dựng đặc tính tĩnh

Đặc tính cơ của hệ thống là đ-ờng biểu diễn giữa mô men và tốc độ động cơ n = f(M)

Đặc tính cơ điện của hệ thống là đ-ờng biểu diễn mối quan hệ giữa dòng điện và tốc độ động cơ n = f(I)

Trang 31

 n =  0 0



 n K K Ce

IR





Đây là ph-ơng trình phi tuyến Ng-ời ta đã chứng minh đ-ợc nó có tính hội tụ nên khi ta biết đ-ợc một giá trị  I thì

ta có thể đễ dàng tìm đ-ợc một giá trị t-ơng ứng của độ sụt tốc  n bằng ph-ơng pháp tính lặp nh- sau:

Cho một giá trị  I và đã có hệ số khuyếch đại của bộ biến đổi K  =f(UB) Có hệ số truyền của động cơ K  =f(IB) Vì khi biết đ-ợc n0 ta tìm đ-ợc 0 và do đó ta tìm đ-ợc IB( 0) và UB( 0) sau đó tra đ-ờng cong K  =f(UB) Và đ-ờng cong

K  =f(IB) (hình vẽ 33) Ta sẽ đ-ợc trị số K  và K’ Từ đó dựa vào ph-ơng trình (1) ta sẽ tính đ-ợc  n1 từ kết quả  n1 ta sẽ tìm đ-ợc giá trị UB1 = UB0-K    n1 Khi đó ta sẽ tìm đ-ợc dòng kích từ IB1 t-ơng ứng

Từ hai giá trị này tra đ-ờng cong K  =f(UB) và đ-ờng cong K  =f(IB) ta sẽ đ-ợc giá trị K  2 và K’ 1 Nếu K  2  K  1 và

K’ 2  K’ thì ta tính lại độ sụt tốc độ theo sơ kiện là  I và K’ 1  K’ 2 nh- trên

Cứ tiếp tục nh- vậy cho tới khi đ-ợc K  n và K’ n của lần thứ n thoả mãn: K  n  K  n-1 và K’ n  K’ n-1 Thì ta sẽ đ-ợc một giá trị của độ sụt tốc  nn*- t-ơng ứng với giá trị  I Đó là một điểm của đ-ờng đặc tính

Tiếp tục cho những giá trị khác nhau của  I ta sẽ lần l-ợt tìm đ-ợc các điểm của đ-ờng đặc tính và từ đó ta sẽ vẽ

đuợc đặc tính tốc độ của hệ thống ứng với tốc độ không tải của đ-ờng đặc tính

Với những giá trị khác nhau của tốc độ không tải lý t-ởng ta sẽ xây dựng đ-ợc một họ đặc tính của hệ thống Dựa vào đặc tính ta có thể biết đ-ợc độ sụt tốc độ khi có sự thay đổi phụ tải từ không định mức đến định mức có

đảm bảo yêu cầu cho phép hay không

III Tính toán

đặc tính tĩnh

1 Xây dựng

đ-ờng

đặc tính ứng với tốc độ thấp nhất

a Tốc độ không tải của động cơ:

n0 =

  333 ( / )

1 , 0 1

300

% 1

min

p v n

1 , 0 254 440

1,2 : Là hệ số quy đổi điện trở của cuộn dây kích thích về nhiệt độ làm việc

IB( 0) : Tra trên đ-ờng cong  = f(IB) ứng với 0 ta có IB = 21,3 (A)

Tra đ-ờng cong K = f(UB) và K = f(IB) Ta đ-ợc:

0,12 0,156

0,1 0,162

 (Wb)

Trang 32

15

3 , 104 110

) (

0

' 1 0

K

U U n





e Tính độ sụt tốc độ ứng với giá trị khác nhau của  I:

+ Với  I = 50 (A) Thay vào (1) Ta đ-ợc :

) 156 , 0 0146 , 0 333 15 10 5 , 12 ( 8

102 , 0 50

4 , 109

2 ,

152 , 0 50

4 , 109

2 ,

1 3

3

A R

102 , 0 150

3 , 108

2 ,

1 3

1

A R

102 , 0 150

2 , 108

2 ,

102 , 0 254

Trang 33

xây dựng đ-ờng đặc tính cao nhất

a Tốc độ không tải của động cơ

n0 = 1515 ( / )

01 , 0 1

1500 1

max

ph v

440 0

0

wb n

Ce

c Điện áp kích thích:

UB = 1,2.RB.IB( 0) = 1,2 4,8 6,5 = 37,44 (v)

Giá trị IB tra trên đ-ờng cong  = f(I)

d Tính độ sụt tốc ứng với  I khác nhau:

+ Khi  I = 50 (A):

Ta có:

) 036 , 0 1515 0146 , 0 10 17 22 ( 8

102 , 0 50

7 , 109

) 036 , 0 1515 0146 , 0 10 9 , 16 7 , 21 ( 8

102 , 0 50

7 , 109

102 , 0 150

) 036 , 0 1515 0146 , 0 10 6 , 16 6 , 20 ( 8

102 , 0 200

Trang 34

I B2 = 22 , 2 ( )

08 , 4 2 , 1

102 , 0 254

7 , 108

Từ các giá trị tính toán ta có họ đặc tính tĩnh nh- hình vẽ:

phần v xây dựng đặc tính động xét ổn định hệ thống

Trang 35

Sự ổn định của hệ thống quyết định khả năng làm việc lâu dài đảm bảo chất l-ợng sản phẩm gia công.Vì vậy việc xét ổn định của hệ thống đóng vai trò quan trọng để đánh giá chất l-ợng của hệ thống.Tính ổn định của hệ thống

đ-ợc thể hiện qua đ-ờng đặc tính động.Để xét ổn định cho đ-ợc thông qua các tiêu chuẩn ổn định nh- tiêu chuẩn Mikhailôp,Naiquyt Ngoài ra ta còn có thể ứng dụng máy tính để xét ổn định nh- sử dụng ch-ơng trình MATLAP- SIMULINK để mô phỏng đặc tính động của hệ thống

Với hệ thống truyền động điện cho truyền động chính máy tiện TI565 với việc điều chỉnh tốc độ sử dụng ph-ơng pháp thay đổi từ thông kích từ.Vì vậy việc xác định hàm truyền cho cả hệ thống t-ơng đối phức tạp nên ta có thể

sử dụng phần mềm SIMULINK để mô phỏng

II- Xây dựng đặc tính động và kiểm tra chất l-ợng động của hệ thống

1.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống

Với hệ thống sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập điều chỉnh tốc độ theo dòng điện kích từ ta có hệ ph-ơng trình mô tả cấu trúc của hệ thống nh- sau:

FT

Đ BBĐ UKT

Trang 36

Mặt khác ta có:

CL KT

R K

U P P

1 (





mà: IKT =

) 1

R

U

KT KT

U K

KT KT

Trang 37

RƯ: là điện trở phần ứng RƯ = 1,73(  )

0059 , 0

 là từ thông động cơ,đ-ợc xác định theo đ-ờng coy từ hoá  (I KT)

Từ đ-ờng cong  (I KT) ta đ-ợc 0= 0,156(Wb) với dòng kích từ là IKT = 26,9(A) Từ đ-ờng cong từ hoá ta cũng xác

định đ-ợc hệ số khuếch đại

J: là mô men quán tính của động cơ đ-ợc xác định theo biểu thức:

J = 2 , 19

2 375

Ucd = 7,5 15(V): là điện áp đặt đ-ợc lấy trên biến trở

KCL = 6,8: là hệ số khuếch đại của bộ chỉnh l-u kích từ

CL

 là hằng số thời gian điện từ của BBĐ

01 , 0 50 1 2

1 2

Trang 38

I giới thiệu sơ đồ

1 Mạch động lực

AB: Aptomat bảo vệ đầu vào của mạch chỉnh l-u phần ứng

CK1  CK3 : Cuộn kháng đ-ợc dùng để hạn chế dòng ngắn mạch và tốc độ tăng của dòng điện anôt chỉnh l-u

V1  V6 : Là các điôt động lực đ-ợc mắc theo sơ đồ chỉnh l-u cầu 3 pha

T,N: Là tiếp điểm thuận, nghịch của các công tăc tơ khống chế mở máy động cơ theo chiều thuận, nghịch

R  : Rơle điện áp để đảm bảo từ thông động cơ không nhỏ hơn 0,7  đm

Rh: Điện trở hãm để thực hiện hãm động năng cho động cơ

H: Là tiếp điểm công tắc tơ H thực hiện quá trình hãm

ii.Mạch kích từ

CKĐ: Cuộn dây kích từ động cơ

RTT: Rơle từ tr-ờng đảm bảo cuộn kích từ đủ từ tr-ờng thì động cơ mới làm việc

BAĐ: Biến áp động lực cung cấp cho cuộn kích từ

T1,T2,D1,D2: Là các Tiritơ và điôt

iii.mạch điều khiển

BAĐ: Biến áp cung cấp nguồn cho mạch điều khiển tạo tín hiệu đồng bộ

Mạch tạo điện áp răng c-a gồm các tranzitơ từ Tr1 ữ Tr5 các phần tử &1, &2 của vi mạch Logic 4011.Vi mạch khuếch đại thuật toán IC Các

điện trở từ R 1 đến R 8 và WR (WR dùng để hiệu chỉnh biên độ điện áp răng c-a đầu ra IC 1 ) và tụ điện C 1

Khâu so sánh dùng vi mạch khuếch đại thuật toán IC2 và một số điôt,điện trở liên quan.Tín hiệu đầu ra của khâu này đ-ợc truyền qua mạch sửa xung rồi đ-a đến mạch chia xung của khâu toạ xung

Khâu tạo xung gồm:

+ Mạch tạo xung: tụ C2,tranzitơ TR6 và các điện trở R11,R12,R13

+ Mạch chia xung gồm hai phần tử NAND &3, &4 của IC 4011 Tín hiệu khống chế mạch này gồm có xung ra của mạch sửa xung và các tín hiệu đã đ-ợc biến đổi UK1,UK2

Mạch khuếch đại công suất xung gồm 2 kênh giống nhau mỗi kênh gồm hai tầng khuếch đại bằng các tranzitơ

v.mạch tạo điện áp nguồn nuôi

Sử dụng các IC ổn áp 7815,7915 và các tụ lọc tạo ra điện áp  15(V) cung cấp cho mạch điều khiển đ-ợc lấy nguồn qua bộ chỉnh l-u điôt

vi.mạch khống chế

Sử dụng bộ nút bấm D,MT,MN và các công tắc tơ T,N khống chế mở máy theo chiều thuận, nghịch.Công tắc tơ

K khống chế điện áp chủ đạo thông qua rơle R  Công tắc tơ 1G,2G khống chế mở động cơ qua 2 cấp điện trở nhờ tiếp

điểm của rơle 2 cuộn dây 1RG và 2RG Công tắc tơ H khống chế chế độ hãm của động cơ nhờ tiếp điểm của RH đ-ợc

đóng

sẵn chuẩn bị cho chế độ hãm.Tiếp điểm RTT của rơle từ tr-ờng khống chế mở máy động cơ khi có đủ từ tr-ờng trong cuộn dây kích từ

Nguyên lý làm việc của sơ đồ

I-nguyên lý làmviệc của mạch phát xung

Giả thiết tại thời điểm t  0 là thời điểm mở tự nhiên đối với T1.Trong khoảng từ t  0 ữ t V1 thì khâu so sánh ch-a có xung ra tức là Uxv = 0 do Uxv =0 nên trên một trong hai đầu vào của &3,&4 đều có mức logic 0 nên trên đầu ra của chúng có mức logic 1.Do vậy cả hai tranzitor Tr7,Tr8 đều mởbão hoà nên Tr9 ,Tr10 khoá.Trên cuộn sơ cấp của Biến áp xung BAX1,BAX2 ch-a có dòng qua vì vậy cả T1, T2 ch-a có tín hiệu điều khiển

Tại t V1 xuất hiện một xung vào mạch chia xung(xung ra của khâu so sánh) Trên các chân của &3,&4 nối vào điện áp Uxv có mức logic1 Chân còn lại của &3 đ-ợc đặt điện áp Uk3 lúc này cũng có mức logic1 nên trên đầu ra của

& có mức logic0 nên Tr khoá lại,Tr mở ra dẫn đến xuất hiện xung trên cuộn sơ cấp BAX và có xung đ-a đến cực điều

Trang 39

khiển T1 để khống chế mở T1.Lúc này chân còn lại của &4 đ-ợc đặt điện áp Uk4 lúc này cũng có mức logic 0 nên trên đầu

ra &4 vẫn có mức logic 1 và Tr8 vẫn mở bão hoà cho nên Tr10 khoá dẫn đến T2 ch-a có xung điều khiển để mở do đó T2vẫn khoá.Đến  

1

V t

 thì xung ra của khâu so sánh mất (U xv = 0) thì trên đầu ra của & 3 lại có mức logic 1 và lại mở bão hoà Tr9 khoá do đó mất xung đến điều khiển T1 sơ đồ lại quay lại nh- lúc ch-a có xung điều khiển

Tại thời điểm  

1

V t

 ữ t V2không có xung vào điện áp trên BAX1,BAX2 bằng không Tại

2

V

t 

 xuất hiện xung vào thứ 2 lúc đó điện áp Uk3= 0 còn Uk4>0 do vậy trên đầu ra của &3 vẫn giữ mức logic 1 còn trên

đầu ra &4 có mức logic 0 vì cả hai đầu vào của nó đều có mức logic 1 Dẫn

đến Tr8 khoá lại Tr10 mở ra  xuất hiện xung điều khiển trên cuộn sơ cấp BAX2 và do đó có xung đến cực điều khiển T2 Lúc này

T2 đang có điện áp thuận sẽ mở ra Sự làm việc của sơ đồ ở giai đoạn tiếp theo t-ơng tự nh- trên

ii.nghuyên lý khởi động

Để hệ thống làm việc ta đóng Aptômat AB cung cấp nguồn cho bộ biến đổi đầu vào mạch phần ứng động cơ và mạch điều khiển kích từ Lúc này mạch kích từ đã đ-ợc cung cấp nhờ nguồn điện áp Ud Rơle RTT tác động đọng đóng tiếp điểm RTT ở mạch khống chế sẵn sàng cho quá trình khởi động động cơ Quá trình khởi động ở đây đ -ợc diễn ra qua hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Khởi động động cơ qua hai cấp điện trở phụ theo nguyên tắc tốc độ

Giai đoạn 2: Khởi động động cơ từ tốc độ cơ bản lên tốc độ bằng cách rung giảm từ thông theo nguyên tắc

dòng điện

Các giai đoạn khởi động diễn ra nh- sau:

Giai đoạn 1: Khởi động động cơ lên tốc độ cơ bản

Giả sử ta khởi động động cơ theo chiều thuận ta ấn nút MT Cuộn dây công tắc tơ T có điện đóng tiếp điểm T th-ờng mở ở mạch động lực đồng thời đóng tiếp điểm T tự duy trì và mở các tiếp điểm th-ờng kín,động cơ Đ đ-ợc cung cấp điệnáp một chiều và bắt đầu khởi động qua hai cấp điện trở Động cơ bắt đầu qua theo chiều thuận Khi tốc độ động cơ đạt đến một giá trị nào đó t-ơng ứng với một sức điện động đặt lên cuộn dây rơle 1RG thì rơle tác động đóng tiếp điểm 1RG ở mạch khống chế Cuộn dây công tắc tơ 1G có điện đóng tiếp điểm 1G nối ngắn mạch cấp điện trở R1 Động cơ tiếp tục tăng tốc đến một giá trị đạt giá trị tác động của rơle 2RG sẽ đóng tiếp điểm 2RG Cuộn dây có điện đóng tiếp điểm 2G nối

ngắn mạch cấp điện trở R2 động cơđ-ợc tăng tốc nên tốc độ làm việc trên đặc tính tự nhiên Kết thúc quá trình khởi động

T-ơng tự muốn khởi động động cơ theo chiều ng-ợc ta ấn MN cuộn dây công tăc tơ N có điện đóng tiếp điểm N Mạch phần ứng động cơ đã đ-ợc đảo phần ứng, động cơ bắt đầu đ-ợc khởi động theo chiều ng-ợc Các quá trình diễn ra t-ơng tự nh- chiều thuận

Ta có dạng đặc tính khởi động nh- sau:

Giai đoạn 2: Khởi động từ tốc độ cơ bản lên tốc độ làm việc có giảm từ thông

Giả sử động cơ đang làm việc ở một tốc độ n1 nào đó ứng với Ucđ1 Để tăng tốc độ ta tăng điện áp chủ đạo lên Ucđ2(Ucđ2>Ucđ1) kéo theo từ thông động cơ sẽ giảm xuống Khi từ thông  giảm thì tốc độ động cơ tăng lên Khi tốc độ động cơ tăng lên dẫn đến dòng điện phần ứng tăng theo biểu thức I =



K

M

Khi dòng điện phần ứng tăng đến một giá trị nào

đó bằng giá trị tác động của rơle dòng điện RI thì RI tác động mở tiếp điểm RI ở mạch khống chế  cuộn K mất điện

mở tiếp điểm K cuộn dây rơle R  mất điện mở tiếp điểm R  cắt điện áp chủ đạo dẫn đến từ thông động cơ đ-ợc tăng lên đồng thời dòng điện phần ứng động cơ giảm xuống Khi IƯ giảm xuống bằng giá trị Iin của rơle thì RI thôi tác độn

I1 I2 n2 n1

I=f(t) n=f(t)

Trang 40

p điểm RI đ-ợc đóng lại K có điện đóng tiếp điểm R  Do đó điện áp chủ đạo lại đ-ợc đ-a vào,tốc độ động cơ lại đ-ợc tăng lên đến giá trị đặt Khi đó IƯ tăng  RI tác động Quá trình diễn ra t-ơng tự nh- trên và lặp lại đến khi IƯ không đạt giá trị tác động của RI thì động cơ sẽ tiến tới làm việc trên tốc độ đặt Kết thúc quá trình khởi động

iii.nguyên lý điều chỉnh tốc độ

Giả sử động cơ đang làm việc ở một tốc độ n1 nào đó t-ơng ứng với điện áp chủ đạo Ucđ1 muốn tăng tốc độ động cơ lên một giá trị n2 ta tiến hành tăng điện áp chủ đạo từ Ucđ1 ữ Ucđ2 Khi đó điện áp điều khiển tổng hợp qua IC khuếch

đại thuật toán sẽ là:

Uđk = (Ucđ + Ud - n) tăng dẫn đến làm tăng góc mở  tức là xung đ-a đến điều khiển tiristor T1,T2 chậm hơn

do đó điện áp chỉnh l-u chung bình của bộ biến đổi sẽ giảm xuống dẫn đến Ukt giảm xuống  Ikt giảm   giảm

động cơ diễn ra quá trình khởi động lên đặc tính cơbản theo nguyên tắc tốc độ Quá trình diễn ra nh- sau:

Khi từ thông  giảm thì tốc độ động cơ tăng lên khi tốc độ tăng dẫn đến dòng điện phần ứng cũng tăng Khi dòng điện phần ứng tăng đến giá trị nào đó bằng giá trị tác động của rơle dòng điện RI thì RI tác động mở tiếp điểm RI ở mạch khống chế Cuộn K mất điện mở tiếp điểm K  cuộn dây rơle R mất điện mở tiếp điểm R cắt điện áp chủ

đạo dẫn đến từ thông động cơ đ-ợc tăng lên đồng thời dòng điện phần ứng động cơ giảm xuống khi IƯ giảm = InhRI thì RI thôi tác động tiếp điểm RI đ-ợc đóng lại K  R điện áp chủ đạo đ-ợc đ-a vào Tốc độ động cơ lại đ-ợc tăng lên

đến giá trị đặt Khi đó IƯ tăng dẫn đến RI tác động quá trình diễn ra lặp lại cho tới khi IƯ không đạt giá trị tác động của RI thì động cơ sẽ tiến tới làm việc ổn định tại giá trị đặt

iv.nguyên lý ổn định tốc độ

Giả sử động cơ đang làm việc ổn định ở tốc độ n1 t-ơng ứng với mômen tải Mc1 với điện áp chủ đạo Ucđ1 Vì một

lý do nào đó tốc độ động cơgiảm xuống lúc này qua máy pha tốc l-ợng phản hồi n cũng giảm và do đó Uđk = (Ucđ + Ud

- n) sẽ tăng lên dẫn đến  tăng  UkT giảm  IKT giảm   giảm Động cơ tự tăng tốc nên giá trị đặt T-ơng

tự khi tốc độ động cơ tăng dẫn đến n tăng khi đó Uđk sẽ giảm xuống  giảm xung điều khiển đ-ợc đ-a tới T1,T2 sớm hơn  UKT tăng  IKT tăng   tăng Tốc độ động cơtự giảm xuống đến giá trị đặt đảm bảo cho động cơ làm việc

ổn định

v.nguyên lý hãm dừng

Khi động cơ đang làm việc bình th-ờng theo chiều thuận hoặc ng-ợc muốn dừng động cơ ta ấn nút D ở mạch khống chế Khi đó công tắc tơ T và N đều mất điện sẽ mở các tiếp điểm T, N ở mạch phần ứng,ngắt phần ứng động cơ ra khỏi nguồn một chiều Động cơ bắt đầu quá trình hãm,các tiếp điểm T,N mắc nối tiếp trong mạch cuộn dây công tắc tơ H Mặt khác do tốc độ động cơ còn cao nên sức điện động của động cơ lớn làm cho rơle RH dẫn đến công tắc tơ H Mạch phần ứng động cơ đ-ợc kín mạch qua điện trở RH và các điện trở R f1 ,R f2 Sức điện động cơ sẽ sinh ra dòng điện qua các điện trở phụ vào cuộn dây phần ứng động cơ Dòng qua cuộn dây phần ứng ng-ợc chiều với tr-ờng hợp khi động cơ làm việc bình th-ờng và động cơ chuyển sang hãm động năng để dừng khi tốc độ động cơ giảm thấp giá trị sức điện động

động cơ nhỏ hơn giá trị trở về của rơle RH RH thôi tác động,công tắc tơ H mất điện và quá trình hãm động năng kết thúc