Đang tải... (xem toàn văn)
Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện MỤC LỤC 3Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MÀI 31 1 Đặc điểm công nghệ 51 2 Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài 51 2 1 Truyền động chính 51 2 2 Truyền động ăn dao 61 2 3 Truyền động phụ 61 3 Máy mài 3A 130 61 3 1 Giới thiệu thiết bị điện của máy 61 3 2 Nguyên lý làm việc của sơ đồ ( hình 1 3 ) 81 3 3 Liên động và bảo vệ 81 3 4 Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ động cơ 11Chương 2 THIẾT.
Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện MỤC LỤC MỤC LỤC Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MÀI 1.1 Đặc điểm công nghệ .3 1.2 Các đặc điểm truyền động điện trang bị điện máy mài 1.2.1 Truyền động chính: 1.2.2 Truyền động ăn dao 1.2 Truyền động phụ: 1.3 Máy mài 3A 130 3.1 Giới thiệu thiết bị điện máy 1.3.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ:( hình 1.3 ) 1.3.3 Liên động bảo vệ 1.3.4 Đánh giá ưu nhược điểm hệ thống truyền động khuếch đại từ động Chương THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG 11 2.1 Giới thiệu Phương án truyền động dùng hệ T - Đ 11 2.1.1 Nguyên lý để điều chỉnh tốc độ động điện chiều: .12 2.1.2 Đặc tính hệ thống 12 2.1.3 Đánh giá chất lượng hệ thống 14 2.2 Tính chọn mạch động lực 14 2.2.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch động lực chỉnh lưu .14 2.2.2 Lựa chọn phương án mạch lực tính chọn thiết bị cho mạch lực .17 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN 24 3.1 Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển 24 3.1.1 Yêu cầu mạch phát xung điều khiển 24 3.1.2 Cấu trúc mạch điều khiển theo pha đứng 25 3.1.3 Nguyên lý làm việc 25 3.2 Thiết kế mạch phát xung điều khiển 26 3.2.1 Mạch đồng hoá phát xung cưa .26 3.2.2 Khâu so sánh 27 3.2.3 Khâu tạo xung 28 3.3 Tính tốn thơng số mạch điều khiển 32 3.3.1 Tính biến áp xung 32 3.3.2 Tính tầng khuếch đại cuối .33 GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện 3.3.3 Tính chọn tầng so sánh 34 3.3.4 Chọn khâu đồng pha 34 3.3.5 Tính chọn máy biến áp nguồn ni đồng pha .35 3.3.6 Thiết kế mạch vòng tự động ổn dịnh tốc độ hạn chế dịng điện 36 3.3.7.Tính hệ số khuếch đại biến đổi Kπ : .40 3.3 Thiết kế điều khiển dòng điện tốc độ cho động 41 3.3.1 Thiết kế điều khiển dòng điện 41 3.3.2 Thiết kế điều khiển tốc độ 43 Chương XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 46 4.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động 46 4.1.1 Giới thiệu sơ đồ: 46 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 47 4.2 Nguyên lý làm việc hệ thống: 49 4.2.1 Nguyên lý khởi động: 49 Chương XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG 52 5.1 Tiêu chuẩn ổn định đại số 52 5.2 Xét tính ổn định hệ thống .52 KẾT LUẬN .54 GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MÀI 1.1 Đặc điểm cơng nghệ Hình 1.1: Hình dáng chung máy mài Máy mài có hai loại chính: Máy mài trịn máy mài phẳng Ngồi cịn có máy khác : máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài v.v… Thường máy mài có ụ chi tiết bàn, kẹp chi tiết ụ đá mài, có trục với đá mài Cả hai ụ đặt bệ máy Sơ đồ biểu diễn cơng nghệ mài giới thiệu hình 1.2 Máy mài trịn có hai loại: máy mài trịn ngồi (h 2a), máy mài trịn (h 2b) Trên máy mài trịn chuyển động chuyển động quay đá mài; chuyển động ăn dao di chuyển tịnh tiến ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) chuyển động quay chi tiết (ăn dao vòng) Chuyển động phụ di chuyển nhanh ụ đá chi tiết v.v… a) Máy mài tròn ngồi b) Máy mài trịn c) Máy mài mặt phẳng biên đá d) Máy mài mặt phẳng mặt đầu (bàn chữ nhật) e) Máy mài mặt phẳng mặt đầu (bàn tròn) GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Hình 1.2: Sơ đồ gia cơng chi tiết máy mài Chi tiết gia công Đá mài Chuyển động Chuyển động ăn dao dọc Chuyển động ăn dao ngang Máy mài phẳng có hai loại: mài biên đá (hình 2c) mặt đầu (h 2d) Chi tiết kẹp bàn máy tròn chữ nhật Ở máy mài biên đá, đá mài quay tròn chuyển động tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại Chuyển động quay đá chuyển động chính, chuyển động ăn dao di chuyển đá (ăn dao ngang) chuyển động chi tiết (ăn dao dọc) Ở máy mài mặt đầu đá, bàn trịn chữ nhật, chuyển động quay đá chuyển động chính, chuyển động ăn dao di chuyển ngang đá (ăn dao ngang) chuyển động tịnh tiến qua lại bàn mang chi tiết (ăn dao dọc) Một tham số quan trọng chế độ mài tốc độ cắt (m/s):V= 0,5d.ωđ.10-3 GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện với d - đường kính đá mài, [mm]; ωđ - tốc độ quay đá mài, [rad/s] Thường v = 30 ÷ 50 m/s 1.2 Các đặc điểm truyền động điện trang bị điện máy mài 1.2.1 Truyền động chính: Thơng thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng động khơng đồng rơto lồng sóc Ở máy mài cỡ nặng, để trì tốc độ cắt khơng đổi mịn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động có phạm vi điều chỉnh tốc độ D = (2 ÷ 4):1 với cơng suất khơng đổi Ở máy mài trung bình nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn tốc độ quay đá khoảng 1000vg/ph Ở máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá cao Động truyền động động đặc biêt, đá mài gắn trục động cơ, động có tốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph Nguồn động biến tần, máy phát tần số cao (BBT quay) biến tần tĩnh Tiristor Mô men cản tĩnh trục động thường 15 ÷ 20% momen định mức Mơ men qn tính đá cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600% momen qn tính động cơ, cần hãm cưỡng động quay đá Không yêu cầu đảo chiều quay đá 1.2.2 Truyền động ăn dao a Máy mài tròn : Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động không đồng nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đơi cực) với D = (2 ÷ 4):1 Ở máy lớn dùng hệ thống biến đổi - động chiều (BBĐ-ĐM), hệ KĐT – ĐM có D = 10/1 với điều chỉnh điện áp phần ứng Truyền động ăn dao dọc bàn máy tròn cỡ lớn thực theo hệ BBĐĐM với D = (20 ÷ 25)/1 Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực b Máy mài phẳng: Truyền động ăn dao ụ đá thực lặp lại nhiều chu kỳ, sử dụng thuỷ lực Truyền động ăn dao tịnh tiến qua lại bàn dùng hệ truyền động chiều với phạm vi điều chỉnh tốc độ D = (8 ÷ 10):1 GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện 1.2 Truyền động phụ: Truyền động phụ máy mài truyền động ăn di chuyển nhanh đầu mài, bơm dầu hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát thường dùng hệ truyền động xoay chiều với động không đồng roto lồng sóc 1.3 Máy mài 3A 130 3.1 Giới thiệu thiết bị điện máy Trên máy có động khơng đồng pha roto lồng sóc cấp điện áp ∆/Y220/380V động chiều quay chi tiết mài + Động ĐMN quay đá mài trịn ngồi kiểu A051-4 cơng suất 4,5kW, tốc độ 1440 vòng/phút + Động ĐT bơm thủy lực kiểu A042-6, (1,7kW-930 v/p) + Động ĐML quay đá mài lỗ kiểu A0 Π 31-2, (1kW-2680 v/p) + Động ĐD bơm dầu bôi trơn trục đá kiểu A0 Π 012-4, (0,08kW-1400 v/p) + Động ĐM bơm chất lỏng làm mát kiểu Π A22, (0,15kW-2800 v/p) + Động ĐG để gạt phoi kiểu A0 Π 012-4, (0,08kW-1400v/p) + Động ĐC quay chi tiết mài; cơng suất 0,75kW; số vịng quay định mức 2500 vòng/phút Mạch điều khiển máy cấp điện áp 127V, mạch chiếu sáng cục 36V Trong công nghiệp gia công chi tiết kim loại, máy mài dùng để gia công láng sau gia công máy tiện, máy phay, máy bào, lượng thừa gia cơng máy mài ít, phạm vi lượng thừa vài phần 10 ly Gia công chi tiết mà nhiều máy khác không làm Máy mài gia công đạt độ xác cao lực cắt tương đối lớn đặc biệt độ dày lát mài mỏng khơng thể mài lần mà sử dụng nhiều lần mài 1.3.2 Nguyên lý làm việc sơ đồ:( hình 1.3 ) Đóng aptomat A1, A2, A3 Ấn nút khởi động M1 khởi động từ KT tác động, động ĐT bơm thủy lực động ĐD bơm dầu bơi trơn làm việc Chọn chế độ mài trịn ngồi mài lỗ vị trí hãm cắt HC định Khi mài trịn ngồi, tiếp điểm HC 39- 41 đóng, ấn nút khởi động M2, khởi động từ KMN tác động, động quay đá mài ĐMN làm việc Khi mài lỗ, tiếp điểm HC1 39- 45 đóng, ấn nút M2 khởi động từ KMT tác động, động quay đá mài lỗ ĐML làm việc Động quay chi tiết ĐC có hai chế độ làm việc: GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Làm việc không tự động: Tiếp điểm công tắc CT 49-51 đóng Khống chế làm việc động quay chi tiết ĐC nút ấn khởi động M Đ ngừng làm việc động ĐC nút dừng DĐ Làm việc tự động: Tiếp điểm công tắc CT 51-53 đóng Khống chế làm việc động quay chi tiết hãm cắt HC Khi ụ đá mài tiến vào chi tiết, tiếp điểm hãm cắt HC2 35-53 đóng, rơ le trung gian R TG tác động kéo theo khởi động từ K ĐC tác động, động quay chi tiết làm việc Cùng lúc khởi động từ KH làm việc, động bơm chất lỏng làm mát ĐM động tách phoi ĐG quay Khi ụ đá lùi phía sau, tiếp điểm hãm cắt HC mở ra, rơ le trung gian R TG, khởi động từ KĐC, KH bị cắt điện làm cho động ĐC ngừng làm việc Để dừng nhanh động ĐC, thực trình hãm động năng, lúc máy làm việc tiếp điểm thường kín RTG 35-61 KĐC 61-63 mở ra, khởi động từ H không làm việc Khi ấn nút dừng D để dừng toàn máy ấn nút dừng DĐ hay chuyển tay gạt thủy lực đưa ụ đá lùi phía sau, hãm cắt HC 3553 rơ le RTG công tắc tơ KĐC điện Khởi động từ H tác động, tiếp điểm H 50-56 đóng lại khép mạc phần ứng động vào điện trở hãm R h để hãm động Hệ thống khuếch đại động có tác dụng điều chỉnh vô cấp tốc độ động H Thay đổi tốc độ động cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Điện áp phần Ưư phần ứng động tỷ lệ với hiệu số điện áp theo công thức : Un – Uw1 = Uư Trong đó: Un điện áp phụ thuộc vào lưới điện Uw1 điện áp cuộn dây công tác W1 khuếch đại từ Muốn thay đổi Ưư phải thay đổi Uw1 tức thay đổi từ hóa lỗi thép khuếch đại từ Cuộn dây khống chế w2 làm nhiệm vụ thay đổi mức độ từ hóa lõi thép Trên cuộn day w2 có ba thành phần điện áp tác dụng : - Điện áp phần ứng động H Ưư - Điện áp lấy chiết áp 1R – P – 2R gọi Uz lấy từ nguồn chỉnh lưu 2B theo mạch – 14 – 13 – 26 – - Điện áp điện trở 5R điện áp phản hồi dương dòng điện phần ứng động H lấy từ biến dòng TT qua chỉnh lưu 3B gọi U1 Sức từ động tổng cộng cuộn dây khống chế W2 : FT = K.( Uz – Ưư + U1 ) GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện K hệ số tỷ lệ Chiều dây quấn w2 chiều cho điện áp U z lớn điện áp Uư dịng điện qua cuộn dây w2 từ hóa lõi thép khuếch đại từ Nếu điện áp U z + U1 nhỏ điện áp Uư dòng điện qua cuộn dây w2 khử tù lõi thép Khi di chuyển đầu trượt điện trở P phía đầu 14 lõi thép từ hóa Điện kháng cuộn dây công tác w1 giảm làm cho điện áp rơi giảm Như điện áp đặt vào động tăng lên tốc độ động tăng Nếu dịch chuyển trượt P phía đầu 13 q trình xảy ngược lại Điện áp phản hồi U1 làm nhiệm vụ ổn định tốc độ động Nếu lý dòng điện phụ tải động H tăng lên điện áp Uư giảm làm cho tốc độ động giảm dịng điện phía thứ cấp máy biến dòng TT tăng lên làm cho điện áp U1 tăng Theo biểu thức tính tốn sức từ động cuộn dây khống chế w2 tăng từ hóa lõi thép Điện áp Uư phục hồi trị số cũ giữ tốc độ động không đổi Thay đổi trị số điện trở 5R làm thay đổi mức độ phản hồi dòng điện tức làm thay đổi độ cứng đặc tính Khi điều chỉnh điện trở 5R cần ý hai điểm : Khi tốc độ cực đại cực tiểu động thay đổi, phải điều chỉnh lại điện trở 2R để đạt tốc độ cực đại điều chỉnh 1R để đạt tốc độ cực tiểu.Trong khuếch đại từ cịn bố trí cuộn w3 cuộn chuyển dịch Dòng điện cuộn chuyển dịch lấy từ nguồn chỉnh lưu 2B 1.3.3 Liên động bảo vệ Bảo vệ tải động rơle nhiệt Bảo vệ ngắn mạch aptomat cầu chì Bảo vệ kích từ động H rơle PO Khi động có kích từ hệ thống khuếch đâị từ động làm việc Liên động chế độ mài tròn mài lỗ hãm cắt KB 1.3.4 Đánh giá ưu nhược điểm hệ thống truyền động khuếch đại từ động a Ưu điểm + Khả khởi động làm việc tin cậy + Thực điều khiển cách tuyến tính + Sơ đồ thực điều chỉnh khuếch đại từ tương đối đơn giản b Nhược điểm: + Tổn hao riêng tương đối lớn, hiệu suất thấp GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện + Phạm vi điều chỉnh hẹp + Độ xác khơng cao, tính trễ lớn + Kết cấu sơ đồ cồng kềnh, chi phí đắt, khơng phổ biến Vậy để khắc phục nhược điểm mà đảm bảo yêu cầu công nghệ máy ta phải thay phương án truyền động GVHD: Nguyễn Minh Thư SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện A1 A2 A3 RN1 D Kdc RN2 RN3 RN4 RN5 RN6 M1 M2 D1 HC KM KMN RN7 KMN KMT KMT 1B KM 1B 1W2 1W2 MÐ DÐ CT KM KH KMN RTg KMT HC2 KT Kdc RTg 1W2 PO KT KT RTg RN1 RN2 RN3 RN4 RN5 Kdc 2W2 RN6 KH RTg Ð1 Ð2 th?y l?c d?u ch?y bom Ð3 mài ngồi Ð4 phoi Ð5 bom nu?c Ð6 mài RN7 Kdc H PO 3W3 GVHD: Nguyễn Minh Thư 10 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện 3.3.7.Tính hệ số khuếch đại biến đổi Kπ : Để tính hệ số khuếch đại biến đổi (K π) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ Ud = f(Uđk) sau tuyến tính hố đặc tính đặc tính hệ số góc đoạn đặc tính Hệ số đoạn đặc tính hệ số khuếch đại biến đổi ∆U d Kπ = tgϕ = ∆U dk Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f(α) α = f(Uđk) * Xây dựng quan hệ Ud = f(α): Coi hệ thống làm việc chế độ dòng điện liên tục: Ud = 0,9Ud0.cosα Trong đó: Ud0 = 244 (V) điện áp chỉnh lưu không tải biến đổi α góc điều khiển Cho α biến thiên từ α = (0 ÷ π/2) ta trị số Ud lập thành bảng sau: α π/12 Ud (V) 219,6 212,1 * Xây dựng quan hệ α = f(Uđk) π/6 190,17 π/4 155,2 π/3 109,8 π/2 Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (U đk) giá trị góc điều khiển α thay đổi theo Ứng với (U đk) khác ta nhận giá trị α Căn vào đồ thị Uđk điện áp tựa Urc, ta thấy góc α biến đổi theo Uđk với quy luật sau: α= U π 2α (1 − dk ) ⇒ U dk = U rc (1 − ) Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán U rc π tín hiệu Urcmax = ± 14 (V) nên biên độ cực đại U rc Urcmax = 14 (V) Song thực so sánh U rc dịch cho U rc = α = π/2, nghĩa ta sử dụng nửa biên độ cực đại U rc ⇒ Uđk = U rc max 2α 2α (1 − ) ⇒ α = f (1 − ) Cho α biến thiên từ α = (0 ÷ π/2) ta trị π π số Uđk lập thành bảng : α Uđk (V) ⇒ Quan hệ Ud = f(Uđk): π/12 5,83 π/6 4,7 π/4 3,5 π/3 2,33 π/2 Ud 219,4 212,1 190,7 155,2 109,8 Uđk (V) 5,83 4,7 3,5 2,33 GVHD: Nguyễn Minh Thư 40 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Tuyến tính hố đọan đặc tính AB, ta tính hệ số khuếch đại biến đổi sau Kπ = ∆U d 219,4 = = 31,34 ∆U dk 3.3 Thiết kế điều khiển dòng điện tốc độ cho động Nguyên tắc thiết kế: Nguyên tắc chung để thiết kế hệ thống điều khiển nhiều mạch vòng là: vòng trong, vòng vịng mở rộng ngồi Vận dụng vào là: mạch vòng dòng điện, trước tiên phải thiết kế xong điều chỉnh dòng điện, tiếp đến coi mạch vòng dòng dòng điện khâu hệ thống điều chỉnh tốc độ quay, sau lại thiết kế điều chỉnh tốc độ quay Ucđ T s +1 Un Rn(s) oi U*i Ui Ri(s) Kb τs + E§(s) Ic(s) Eb Rd 1/ R d Id Tes + Tm s n KeΦ β Tois + γ Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều chỉnh tốc độ dòng điện 3.3.1 Thiết kế điều khiển dòng điện Trong hệ truyền động tự động hệ chấp hành mạch vịng điều chỉnh dòng điện mạch vòng Chức mạch vòng dòng điện trực tiếp gián tiếp xác định mô men kéo động cơ, ngồi cịn có chức bảo vệ, điều chỉnh gia tốc Bỏ qua khâu nhiễu loạn phụ tải sức điện động động ta có sơ đồ khối mạch vịng dịng điện: E (s) Đ U *i (s) Toi s + R i (s) (-) K b Ud(s) (-) 1/R d Id(s Te s + ) τs + β Toi s + Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng dòng điện GVHD: Nguyễn Minh Thư 41 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Trong R i (s) Khoa Điện điều chỉnh dòng điện Hệ số khuếch đại động cơ: KĐ = = = 4,9 Hằng số thời gian điện từ động cơ: Te = Tu = = 0,63 Hằng số thời gian học : Hệ số khuếch đại biến đổi: Kb = = = 220 Hằng số thời gian biến đổi: τ = 0,00167(s) Giá trị dịng điện mà khâu ngắt tác động: Ingđm = 1,5I = 6,015 Chọn giá trị Ung = 1(V) thời điểm I = I ng tín hiệu điện áp lấy điện trở có giá trị 1(V) UI = βId β hệ số phụ thuộc vào biến dịng ta có: β = = = 0,17 a Đơn giản hóa sơ đồ Do qn tính học lớn nhiều so với quán tín điện từ (Tm >> Te) biến đổi tốc độ chậm biến đổi tốc độ dòng điên.Trong mạch vòng dòng điện coi ΔE ≈ Lúc mạch vịng dịng điện có dạng : Đ u *i (s) β u *i (s) β (-) R i (s) kb τs + Ri(s) (-) β Tois +1 1/R d τes + β.k b / R d (Tes + 1)(TΣis + 1) Id(s) I d (s) Ở TΣi = Tcl = 0.00167(s) Toi ta chọn 0.0002s Khi lọc dịng điện = b Lựa chọn cấu trúc xác định tham số điều chỉnh GVHD: Nguyễn Minh Thư 42 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Xác định theo phương pháp tối ưu môdul: Đối tượng điều chỉnh là: Si (s) = βK b / R d 17 = (Tes + 1)(TΣis + 1) (0,025s + 1)(0, 00167s + 1) Trong mạch vòng dòng điện, yêu cầu phải có tính bám tốt, ta chọn khâu PI Theo tối ưu modul: R i (s) = R PI (s) = k pi (τ1s + 1) τ 1s với τ1 = Te = 0,025(s) Hàm truyền hệ hở sau hiệu chỉnh: Si (s).R i (s) = Với K i = k pi β K b / R d Te s(TΣi s + 1) = Ki s(TΣi s + 1) k pi βK b / R d Te % Theo tối ưu modul để σ i max ≤ ta chọn K i TΣi = 0,5 % (tương ứng σ i max = 4,3 ) Suy Ki = K i Te 0,5 0,5 299, 4.0,025 = = 299, ⇒ k pi = = = 0, 44 TΣi 0,00167 β.K b .1/R d 0, 01.75.1 / 0.044 Vậy hàm truyền điều khiển dòng điện là: R i (s) = R PI (s) = 0,44(0,025s + 1) 0,011s + 0, 44 = 0,025s 0,025s 3.3.2 Thiết kế điều khiển tốc độ Hệ thống điều chỉnh tốc độ hệ thống mà đại lượng điều chỉnh tốc độ góc động Hệ thống điều chỉnh tốc độ hình thành từ hệ thống điều chỉnh dịng điện - Đơn giản hóa mạch vòng dòng điện thành khâu tương ứng mạch vòng tốc độ * U i (s) β (-) Ki s(TΣi s + 1) Id(s) + Hàm truyền hệ kín mạch vịng dịng điện: I d (s) Si (s).R i (s) K i / β 1/ β 1/ β 1/ β = = = ≈ = * 1 2TΣi s + U i (s) + Si (s).R i (s) β s(TΣi s + 1) + K i TΣi s +1 s + s +1 Ki Ki Ki đồ cấu trúc tương đương: U(s) GVHD: Nguyễn Minh Thư 1/β 2TΣi s + Sơ Id(s) 43 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện - Sau dùng khâu tương đương mạch vòng dòng điện thay cho mạch vòng kín dịng điện, sơ đồ cấu trúc trạng thái động toàn hệ thống điều chỉnh tốc độ quay trở thành hình sau: I c (s) U cđ (s) (-) R n (s) U*i (s) 1/ β 2TΣis + (-) Rd Tm s E Đ (s ) n(s) K eΦ γ Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc trạng thái động mạch vòng tốc độ Hệ số phản hồi âm tốc độ: γ = U đk 10 = = 0,095 ω 104,7 a Đơn giản hóa sơ đồ Giả thiết Ic(s) =0 ta có: U cđ (s) γ R n (s) (-) u cđ (s) γ (-) 1/ β 2TΣis + γ Rd Tms n(s) K eΦ n(s) R n (s) Trong đó: TΣ n = 2Tcl = 0.0033(s) b Lựa chọn cấu trúc xác định tham số điều chỉnh Xác định theo phương pháp tối ưu đối xứng: Đối tượng điều chỉnh là: Sn (s) = γR d 0,095.0,044 2,52 = = Tm K e Φ.β.s(TΣns + 1) 0, 23.0.72.0,01.s(TΣns + 1) s(0,0033s + 1) Mạch vòng tốc độ yêu cầu khả chống nhiễu tốt có nhiễu nguồn nhiễu tải Ta thấy sau nhiễu có khâu tích phân nên trước nhiễu phải có GVHD: Nguyễn Minh Thư 44 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện khâu tích phân để cân hệ thống Mạch vòng tốc độ yêu cầu lượng điều chỉnh nhỏ Sử dụng điều chỉnh PI Theo tối ưu đối xứng: R n (s) = R PI (s) = k pn (τ s + 1) τ 2s Với τ = hTΣn Hàm truyền hệ hở sau hiệu chỉnh: S n (s).R n (s) = Với K n = k pn γ.R d (τ s + 1) Tm K e Φ.β.τ s (TΣn s + 1) k pn γ.R d Tm K e Φ.β.τ2 Mặt khác: K n = = = K n (τ s + 1) s (TΣn s + 1) 2,52.k pn τ2 h +1 2h TΣ2n Chọn độ rộng trung tần h = 100 ta có: τ = hTΣ n = 100.0.0033 = 0,33(s) ; Kn = h +1 100 + = = 463 2 2h TΣn 2.100 2.0,00332 Suy k pn = K n τ2 = 60,6 2,52 Vậy hàm truyền điều khiển tốc độ là: R n (s) = R PI (s) = 60,6(0,33s + 1) 20s + 60,6 = 0,33s 0,33s GVHD: Nguyễn Minh Thư 45 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Chương XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG 4.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động 4.1.1 Giới thiệu sơ đồ: Hệ truyền động van động thỏa mãn yêu cầu sau: + Điều chỉnh tốc độ cấp + Tự động ổn định tốc độ, tụ động hạn chế phụ tải có cưỡng Hệ gồm hai mạch chính: Mạch động lực: Bao gồm: + Aptomat AP dùng để đống cắt nguồn điện, bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực + Máy biến áp động lực BA Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp phù hợp cho chỉnh lưu đồng thời đảm bảo cách ly mạch động lực lưới điện để an toàn cho vận hành sửa chữa + Bộ chỉnh lưu cầu pha gồm tiristor nhận lượng từ máy biến ápvà chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành chiều cung cấp cho động + Các R-C bảo vệ áp cho tiristor + Máy phát tốc: để láy tín hiệu phản hồi tốc độ cho mạch khuếch đại trung gian phục vụ trình trì ổn định tốc độ động + Động chiều Đ : động chiều kích từ độc lập dùng để quay chi tiết mài + Mạch hãm (Rh) dùng để hãm động Mạch điều khiển: Bao gồm: + Mạch khuếch đại trung gian: Làm nhiệm tổng hợp khuếch đại mạch điều khiển làm tăng độ nhạy, độ ổn định, độ rộng phạm vi điều chỉnhcủa hệ thống ( thay đổi Uđk thay đổi Udc => thay đổi góc mở α ) Đầu vào tổng hợp tín hiệu tín hiệu chủ đạo tín hiệu phản hồi âm tốc độ láy từ máy phát tốc, mạch tổng hợp tín hiệu khuếch đại trung gian sử dụng IC khuếch đại thuật tốn tiristor + Mạch tạo sóng cưa: Là mạch so sánh tín hiệu điện áp cưa tín hiệu điện áp điều khiển mạch bao gồm tiristor, tụ điện trở GVHD: Nguyễn Minh Thư 46 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện + Mạch so sánh: tín hiệu cưa tín hiệu điều khiển đưa vào mạch so sánh nhằm tạo thời điểm phát xung, mạch sử dụng IC khuếch đậi thuật toán + Mạch sửa xung khếch đại xung: Tạo xung điều khiển tiristor Máy biến áp đồng tạo tín hiệu đồng cung cấp cho khuếch đại điều khiển, Mạch sử dụng IC khuếch đại thuật toán, tụ tranzito điện trở + Mạch nguồn: Sử dụng IC ổn áp chiều (+12V & -12V) cung cấp cho mạch điều khiển tụ lọc tín hiệu xoay chiều sóng hài Mạch phản hồi + Mạch phần hồi âm tốc độ : ổn định tốc độ quay hệ thống + Mạch phản hồi âm dòng có ngắt : hạn chế địng điện phần ứng vượt trị số cho phép 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Hệ truyền động điều chỉnh tự động truyền động điện động quay chi tiết mài có sơ đồ ngun lý trình bày hình 4.1 gồm : Động truyền động quay chi tiết mài, thiết bị biến đổi - chỉnh lưu cầu pha, thiết bị đo lường, điều chỉnh ( gọi phần tử điều khiển ) Tín hiệu điều khiển khiển hệ thống gọi tín hiệu đặt THD Động chiều kích từ độc lập cấp lượng từ biến đổi chỉnh lưu cầu pha Bộ biến đổi có chức biến đổi lượng điện thích ứng với động truyền động mang thông tin điều khiển tham số đầu biến đổi ( điện áp, dòng điện…), Tín hiệu điều khiển lấy từ điều khiển, điều chỉnh nhận tín hiệu sai lệch trạng thái làm việc hệ truyền động thơng qua so sánh tín hiệu đặt tín hiệu đo lường đại lượng truyền động Để bảo đảm chất lượng hệ thống ta sử dụng mạch vòng điều chỉnh tơc độ dịng điện GVHD: Nguyễn Minh Thư 47 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động GVHD: Nguyễn Minh Thư 48 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện 4.2 Nguyên lý làm việc hệ thống: 4.2.1 Nguyên lý khởi động: Muốn khởi động ta dặt Ucd đóng hệ thống vào lưới điện thông qua Aptomat AP công tắc tơ K Khi đầu vào khuếch đại Uv = Ucd , có giá trị lớn làm cho hệ thống khuếch đại bão hịa Ura = Udk, có trị số lớn làm cho sức điện động biến đổi Ebbđ, điện áp Uư có giá trị lớn dịng Id = Ebbd Rbbd + Ru có giá trị lớn ( Iư = Id) Khi dịng Id >>Ic nên du > 0tốc độ động bắt đầu tăng quán tính dt động cơ, mức tăng tốc độ quay nhanh, trị số chênh lệch điện áp đầu vào điều chỉnh tốc độ lớn -> đầu nhanh đạt đến giá trị biên dịng điện cưỡng nhanh chóng tăng Lúc I d = Im tác dụng điều chỉnh dịng điện làm cho Id khơng thể tiếp tục tăng mạnh Trong giai đoạn điều chỉnh tơc độ trạng thái khơng bão hịa nhanh chóng bão hịa, cịn điều chỉnh dịng điện khơng bão hòa để bảo đảm tác dụng điều chỉnh dòng điện Iư = Ebbd − Eu Ibbd − Iu Quá trình tiếp diễn tốc độ tăng dịng lại giảm nên đặc tình hở đến tốc độ đạt giá trị (mà Uv = Ucd – r.n < Uvbb ) độ khuếch đại khỏi vịng bão hịa, làm việc vùng khếch đại tuyến tính, lúc phản hồi âm tốc độ bắt đầu tham gia điều khiển hệ nên hệ chuyển sang khởi động theo trạng thái đặc tính hệ kín, tốc độ tiếp tục tăng, dòng tiếp tục giảm, dòng giảm đến giá trị Iư =Ic gia tốc du = => động có tốc độ khơng đổi làm việc ổn định dt trình khởi động kết thúc Nguyên lý điều chỉnh tốc độ - Tăng tốc: Muốn tăng tốc ta tăng Ucd tốc độ chưa tăng kịp, Uv = Ucd - ﻻn tăng - Nếu Uv tăng ( Uvph phản hồi âm tốc độ tham gia Uv tăng làm cho Uđk tăng Ebbđ tăng Vì Iư tăng Iư – Ic >0 => du >0 dt => động chuyển sang làm việc có điểm Iư lớn mà tốc độ chưa kịp tăng GVHD: Nguyễn Minh Thư 49 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện bắt đầu n tăng từ điểm ấy, n tăng dòng lại giảm đến Iư = Ic, gia tốc du = hệ làm việc ổn định với tốc độ cao dt - Nếu tăng nhiều Ucd Uv > Uvph => hệ chuyển sang tốc độ đặc tính hệ hở Uv tăng Iư tăng, gia tốc dương du > , tốc độ tăng => dt Uv giảm đến tốc độ đặt đến giá trị Uv ≤ Uvph phản hồi âm tốc độ bắt đầu tham gia, hệ bắt đầu chuyển sang trạng thái khởi động đặc tính hệ kín, n tăng dịng giảm đến Iư = Ic hệ làm việc ổn định với tốc độ cao trước nhiều - Giảm tốc độ : muốn giảm tốc đọ giảm Ucd, nên giảm nhỏ Ucd Uv = Ucd - ﻻn giảm, U đk giảm, góc α tăng Ebbđ giảm nên Iư = Ebbđ – Eđ giảm Trong trường hợp ta xét với việc giảm Ucd cho dịng Iư khơng đảo dấu, Iư giảm làm cho Iư – Ic Vì tốc độ giảm, trình xảy hãm tự dt dodọc theo trục tung, tốc độ giảm đến giá trị mà Ebbđ > Ken giảm từ dịng Tư bắt đầu tăng khơng theo chiều ctrên đường đặc tính ứng với Ucđ giảm tốc độ làm giảm dịng lại tăng đến Iư tăng đến giá trị Iư = Ic => hệ lại làm việc ổn định với tốc độ thấp nhiều Nguyên lý ổn định tốc độ Sở dĩ tốc độ động ổn định tốc độ đặt tín hiệu điều khiển Uđk = Ucđ – γ.n Giá thiết động làm việc chế độ đặt với điện áp Ucđ định Nếu lý tốc độ động giảm xuống dẫn đến (Ucđ – γn ) tăng lên tới U đk tăng góc mở α giảm dần xuống giá trị dẫn đến Tiristor mở sớm nên điện áp chỉnh lưu tăng lên nên động tăng tốc độ Khi (U cđ – γn ) giảm dẫn đến U đk giảm góc mở α GVHD: Nguyễn Minh Thư 50 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện tăng nên tốc độ tăng lên nên Tiristor mở muộn điện áp đặt lên phần ứng động Ud giảm xuống nên tốc độ động giảm xuống Vậy hai trường hợp tải tăng hay giảm nhờ khâu phản hồi âm tốc độ nên động giữ tốc độ ổn định GVHD: Nguyễn Minh Thư 51 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện Chương XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG Xét tính ổn định hệ thống Trong trình làm việc hệ thống truyền động điện tự động, nhiễu loạn nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống ổn định Tính ổn định hệ thống tính mà hệ thống trở lại trạng thái ban đầu nhiễu loạn sau khoảng thời gian đó, khả xác lập trạng thái ổn định sai lệch đầu vào thay đổi Một hệ thống gọi ổn định trình độ tắt dần theo thời gian Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc hệ thống sau xây dựng hàm truyền hệ thống sử dụng tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống có ổn định hay khơng Cịn hệ thống chưa ổn định phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng hệ thống 5.1 Tiêu chuẩn ổn định đại số a Điều kiện cần để hệ thống ổn định: Xét hệ thống điều khiển tự động có phương trình đặc tính tổng qt sau: N(P)=anpn+ +a1p+a0 = Vậy điều kiện cần để hệ thống điều khiển tự động tuyến tính ổn định tất hệ số phương trình đặc tính dương Có nhiều tiêu chuẩn để xét tính ổn định hệ thống, nội dung đồ án xét tính ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz b Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz Phát biểu: Điều kiện cần đủ để hệ thống tuyến tính ổn định hệ số an định thức Hurwitz dương Cách thành lập định thức Hurwitz: Định thức ∆ n có: - n cột n hàng - Đường chéo ∆ n a1 liên tiếp đến an - Các số hạng cột có số tăng dần từ lên - Các số hạng có số lớn n hay nhỏ ghi 5.2 Xét tính ổn định hệ thống Xét tính ổn định hệ thống có ổn định hay khơng dựa vào tiêu chuẩn ổn định Từ ta tiến hành hiệu chỉnh để hệ thống làm việc an toàn, tin GVHD: Nguyễn Minh Thư 52 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện cậy đặt yêu cầu mong muốn Trong hệ thống truyền động điện phần đặc tính làm việc có đặc tính cứng dễ ổn định Do ta xét ổn định vùng này, vùng có phản hồi âm tốc độ tác dụng Phương trình đặc trưng hệ thống chưa là: ∆ n =0.0033s3 + 1s2+ 152,8s + 463 = có hệ số a0 = 0,0033 ; a1 = ; a2 = 152,8; a3 = 463 dương - Áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz ta có: ∆1 = a1 = > a1 a = a1a − a a = 151, > ∆2 = a a2 a1 a ∆3 = a a = a1a a − a 0a 32 = ∆2 a > a1 a Theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz điều kiện cần đủ để hệ thống ổn định hệ số a0 = 0,0033>0 định thức Hurwitz phải dương Ta thấy tất điều kiện hệ thống cho thỏa mãn Vậy hệ thống tuyến tính ổn định GVHD: Nguyễn Minh Thư 53 SVTH: Lê Viết Lực Trường ĐH SPKT Vinh Khoa Điện KẾT LUẬN Với việc thiết kế hệ truyền động ăn dao cho máy mài tròn 3A130 dùng hệ chỉnh lưu động chiều, nhiệm vụ giúp em có nhìn tổng quát việc điều khiển máy gia công, cắt gọt kim loại sâu điều khiển hệ thống công nghiệp sử dụng biến đổi điện tử công suất Sau thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đề tài đồ án trên, hướng dẫn tận tình Nguyễn Minh Thư , thầy cô môn nỗ lực thân em hoàn thành nhiệm vụ Do thời gian có hạn, chưa có nhiều kinh nghiệp thực tế, đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy bạn mơn bảo thêm Qua em xin cảm ơn thầy giáo dìu dắt em thời gian học vừa qua Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn trang bị cho em kiến thức chuyên ngành quý giá Đặc biệt, em xin gửi tới Cô Nguyễn Minh Thư lời cảm ơn sâu sắc nhất, người trực tiếp hướng dẫn bảo cho em hoàn thành đồ án Sắp trở thành kỹ sư điện, em cố gắng không ngừng học hỏi, trau dồi thêm kiến thức kỹ năng, áp dụng sáng tạo hiểu biết học vào cơng việc thực tế sau Vinh, ngày 26 tháng 11 năm 2018 Sinh viên thực Lê Viết Lực GVHD: Nguyễn Minh Thư 54 SVTH: Lê Viết Lực ... mạch vịng dịng điện có dạng : Đ u *i (s) β u *i (s) β (- ) R i (s) kb τs + Ri(s) (- ) β Tois +1 1/R d τes + β.k b / R d (Tes + 1 )( TΣis + 1) Id(s) I d (s) Ở TΣi = Tcl = 0.00167(s) Toi ta chọn 0.0002s... dU/dt tcm Tmax Tiristor (v) (A) (A) (? ?A) (v) (A) (A) (v) v/s (? ?s) (? ?C) TLS106600 35 200 5m 300 1,9 10 40 110 Trong : Un – Điện áp ngược cực đại; Ir – Dòng điện rò Iđm – Dòng điện làm việc cực đại;... đồ Giả thiết Ic(s) =0 ta có: U cđ (s) γ R n (s) (- ) u cđ (s) γ (- ) 1/ β 2TΣis + γ Rd Tms n(s) K eΦ n(s) R n (s) Trong đó: TΣ n = 2Tcl = 0.0033(s) b Lựa chọn cấu trúc xác định tham số điều chỉnh