Huyen đồ án thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ truyền động máy bào giường

Microsoft Word Huyen Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ truyền động máy bào giường docx TRƯỜNG ĐHSPKT VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN Độc lập – Tự do – hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN.

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN Độc lập – Tự – hạnh phúc ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN Sinh Viên thực hiện: LÊ THỊ NGỌC HUYỀN Giáo viên hướng dẫn:TRẦN DUY TRINH Tên đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ truyền động máy bào giường.” 1.Các tham số cho trước: - Chiều dài máy: L = m - Tốc độ di chuyển bàn cắt gọt: Vth = 13m/phút - Tốc độ di chuyển bàn: Vng = 2Vth - Hiệu suất định mức máy: hđm = 0,75 - Vật liệu chi tiết gia công: Thép - Trọng lượng bàn máy: Gb = 1,5.103 kg - Trọng lượng chi tiết:: Gct = 7.103 kg - Dao cắt: Thép gió P18 - Bán kính quy đổi lức cắt trục động điện: - Mômen quán tính phận chuyển động: Chế độ cắt Lượng chạy dao S mm/htkép Chiều sâu cắt t S1 = 1,8 mm t1 = mm S2 = 1,2 mm t2 = 12 mm S3 = 0,6 mm t3 = 20 mm 2.Nội dung thực hiện: - Tổng quan máy bào giường - Tính chọn cơng suất động cho truyền động trục máy bào giường - Phân tích lựa chọn phương án truyền động - Tính chọn thiết bị mạch động lực hệ thống điều khiển - Xét ổn định hiệu chỉnh hệ thống Ngày nhận đề tài…27/06/2022……….Ngày hoàn thành……18/08/2022………… Duyệt Ngày 18 tháng…08… năm 2022 Giáo viên hướng dẫn Trần Duy Trinh LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần với việc phát triển ngày mạnh mẽ lĩnh vực khoa học, ứng dụng chúng vào ngành cơng nghiệp nói chung ngành điện nói riêng Các lĩnh vực sản xuất kinh tế quốc dân, khí hố có liên quan chặt chẽ đến điện khí hố tự động hố Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu khí máy sản xuất, tăng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ thuật trình sản xuất giảm nhẹ cường độ lao động Việc tăng suất lao động giảm giá thành thiết bị điện m¸y hai yêu cầu chủ yếu hệ thống truyền động điện tự động hoá chúng mâu thuẫn Một bên đòi hỏi sử dụng hệ thống phức tạp, bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung máy số thiết bị cao cấp Vậy việc lựa chọn hệ thống truyền động điện tự động hoá thích hợp cho máy tốn khó Mơn học trang bị điện đề cập đến phần điện máy gia công kim loại máy chủ yếu quan trọng công nghiệp nặng kinh tế quốc dân Mỗi loại máy có đặc điểm làm việc phương pháp xác định phụ tải, công suất động truyền động cho máy đặc điểm yêu cầu hệ thống trang bị máy, khâu điển hình sơ đồ điều khiển riêng biệt Qua việc thiết kế đồ án giúp em hiểu rõ học môn Trang bị điện Điện tử công suất Hiểu ứng dụng thực tế thiết bị công suất đời sống công nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giảng dạy môn Điện - Điện tử công suất, đặc biệt thầy Trần Duy Trinh hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Lê Thị Ngọc Huyền Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG 1.Khái niệm chung Máy bào mặt phẳng hay gọi máy bào giường sử dụng rộng rãi Trong loại máy khí, dùng để gia cơng bề mặt chi tiết kim loại có biến dạng lớn Ngồi máy bào mặt phẳng dùng để xẻ rãnh hình T, V, én Máy bào gia công bề mặt chi tiết mức độ thô tinh khác Truyền động máy bào mặt phẳng chuyển động tịnh tiến bàn máy, bàn máy kéo động điện Chất lượng suất máy bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố tốc độ bàn máy, lực cắt, mơ men cắt dao… Vì việc điều khiển động truyền động cho bàn máy quan trọng mà ta cần nghiên cứu giải 2.Phân loại Máy bào mặt phẳng có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành nhóm máy bào mặt phẳng sau: *Dựa vào số trụ phân ra: Máy bào trụ: ví dụ kiểu máy 710; 71120; 7116 Máy bào hai trụ: ví dụ kiểu máy 7210; 7212; 7216 *Dựa vào chiều dài (Lb) bàn máy lực kéo bàn (Fk) ta phân ra: Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < (m); Lực kéo Fk = 30 ÷ 50 (KN) Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = ÷ (m); Lực kéo Fk = 50 ÷ 70 (KN) Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > (m); Lực kéo Fk > 70 (KN) 3.kết cấu máy bào mặt phẳng Máy bào giường cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác Ở ta mơ tả kết cấu bên ngồi phận chủ yếu máy Hình 1.1 Hình dáng bên máy bào giường hai trụ *Đế máy (thân máy) Được làm gang đúc để đỡ bàn trụ máy để có khối tạo vững cho máy Đế xẻ rãnh hình chữ nhật chữ V bàn máy chuyển động dọc theo đế máy *Bàn máy Được làm gang đúc dùng để mang chi tiết gia cơng Trên bàn máy có rãnh chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công Bàn máy kéo tịnh tiến đế máy nhờ lực kéo động truyền động *Giá chữ U Được cấu tạo từ hai trụ thép vững có dầm ngang Trong dầm đặt động để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ dao động để di chuyển xà *Xà ngang Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà kẹp chặt gia công *Các bàn dao máy Gồm hai bàn dao đứng hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao Giá máy dịch chuyển góc để gia cơng chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn trượt 300 mm, góc quay giá đỡ ±600 *Bộ phận truyền động Gồm máy điện xoay chiều, chiều chuyển động quay qua hộp truyền động truyền chuyển động cho phận máy Tóm lại: Máy bào giường cấu tạo hồn chỉnh có kết cấu chắn, gọn, đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO DƯỜNG Truyền động bàn máy Truyền động bàn truyền động máy chuyển động tịnh tiến có tính chất chu kỳ lặp lại, chu kỳ có hai hành trình hành trình thuận hành trình ngược 1.1 Hành trình thuận Là hành trình gia cơng chi tiết nên cịn gọi hành trình cắt gọt Ở hành trình có nhiều giai đoạn khác khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao khỏi chi tiết Ứng với giai đoạn tốc độ yêu cầu khác phụ thuộc vào yếu tố chế độ cắt gọt 1.2 Hành trình ngược Sau kết thúc hành trình thuận, bàn máy đảo chiều bắt đầu hành trình ngược Hành trình bàn máy chạy khơng tải trở vị trí ban đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc Tốc độ bàn máy hành trình ngược thường lớn hành trình thuận (khoảng ÷ lần) để nâng cao suất làm việc máy Truyền động bàn thực động điện qua hộp giảm tốc truyền động tới trục vít biến chuyển động quay động thành chuyển động tịnh tiến bàn Tốc độ bàn máy biểu diễn theo thời gian chu kỳ gia cơng hình 1.2 V Vth V0 V0 t V0 Vng t1 t21 t22 t3 t4 t5 t61 t62 t7 t8 t9 t10 t11 t12 TCK Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian chu kỳ bào Do đặc điểm chuyển động bàn máy đảo chiều với tần số làm việc lớn nên trình độ chiếm thời gian lớn chu kỳ làm việc Chiều dài hành trình (hay chiều dài bàn) lớn trình độ chiếm tỷ lệ nhỏ Năng suất máy xác định số hành trình kép đơn vị thời gian, muốn đảm bảo suất máy ta cần tìm hiểu tốc độ yêu cầu máy theo thời gian làm việc chu kỳ: • Giả thiết bàn máy đầu hành trình thuận, bàn máy tăng tốc đến vận tốc V0 thời gian t1 Thường vận tốc V0 = ÷ 15(m/phút) gọi tốc độ vào dao • Sau chạy ổn định với tốc độ V0 khoảng thời gian t21 dao cắt bắt đầu vào chi tiết Dao cắt vào chi tiết tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao chi tiết • t 22 dao cắt vào chi tiết cắt với tốc độ V0 hết thời gian t22 • t3 khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V0 đến tốc độ Vth gọi tốc độ cắt gọt • t4 khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth khơng đổi • t Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt tốc độ V0 khoảng thời gian t5 • t61 thời gian tiếp tục gia công tốc độ V0 • t62 khoảng thời gian dao đưa khỏi chi tiết bàn máy chạy với tốc độ V0 • t7 thời gian bàn máy giảm tốc để đảo chiều sang hành trình ngược • t8 thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng gọi tốc độ không tải • t9 khoảng thời gian bàn máy chạy ngược tốc độ Vng khơng đổi • t10Gần hết hành trình ngược, bàn máy giảm tốc tốc độ V0 khoảng thời gian t10 • t11 khoảng thời gian bàn máy chạy ngược với tốc độ V0 bắt đầu giảm tốc để đảo chiều • t 12 thời gian vận tốc giảm đảo chiều để kết thúc chu kỳ làm việc chuẩn bị cho chu kỳ làm việc Bàn dao di chuyển thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược kết thúc di chuyển trước dao cắt vào chi tiết Tổng thời gian từ bắt đầu hành trình thuận hết hành trình ngược gọi chu kỳ làm việc máy bào giường TCK Tốc độ hành trình thuận xác định tương ứng với chế độ cắt gọt, thường Vth = ÷ 120 m/ph Tốc độ bàn máy lớn đạt Vmax = 75 ÷ 120 m/ph Để tăng suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn tốc độ hành trình thuận Vng = k Vth thường k = ÷ Năng suất máy phụ thuộc vào số hành trình kép đơn vị thời gian: n= 1 = TCK t th + t ng • TCK – thời gian chu kỳ làm việc bàn máy (s) • tth thời gian bàn máy chuyển động hành trình thuận (s) (1-1) • tng thời gian bàn máy chuyển động hành trình ngược (s) Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ khơng đổi ta có: t th = Lng Lg.ng + Lh.ng Lth Lg.th + Lh.th + ; t ng = + Vng Vng / Vth Vth / (1-2) *Trong đó: • Lth, Lng: chiều dài hành trình bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định Vth, Vng hành trình thuận hành trình ngược • Lg.th , Lh.th : chiều dài hành trình bàn trình tăng tốc (gia tốc) trình giảm tốc (hãm) hành trình thuận • Lg.ng , Lh.ng : chiều dài hành trình bàn trình tăng tốc (gia tốc) trình giảm tốc (hãm) hành trình ngược Thay (1-2) vào (1-1) ta có: n= 1 = L L (k +1).L + + t dc + t dc Vth Vng Vng (1-3) *Trong đó: • L = Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng chiều dài hành trình máy • k= Vng tỷ số tốc độ hành trình ngược hành trình thuận Vth • tđc thời gian đảo chiều bàn máy Từ công thức (1-3) ta thấy chọn tốc độ cắt gọt hành trình thuận Vth suất máy phụ thuộc vào hệ số k thời gian đảo chiều tđc Khi k tăng Vng tăng nên suất máy tăng, nhiên k > suất máy tăng khơng đáng kể lúc thời gian đảo chiều tđc lại tăng Nếu chiều dài bàn máy Lb > m thời gian tđc ảnh hưởng đến suất mà chủ yếu hệ số k Khi chiều dài bàn Lb bé tốc độ V = Vmax = 75 ÷ 120 (m/ph) tđc ảnh hưởng nhiều đến suất máy Vì điều kiện cần ý thiết kế truyền động cho bàn máy máy bào giường cần giảm thời gian trình độ nhỏ tốt Một biện pháp giảm thời gian trình độ xác định tỷ số truyền tối ưu cấu truyền động từ động đến trục làm việc, đảm bảo máy làm việc với gia tốc cao *Kết luận: Từ phân tích ta rút yêu cầu truyền động máy bào giường sau: *Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D= Vmax Vngmax = Vmin Vthmin (1-4) Trong đó: • Vngmax : tốc độ lớn bàn máy hành trình ngược, thường Vngmax= 75 ÷ 120 (m/ph) • Vthmin : tốc độ nhỏ bàn máy hành trình thuận, thường Vthmin = ÷ (m/ph) Như phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm khoảng D = (12,5 ÷ 30)/1 * Đặc tính phụ tải truyền động chính: Thơng thường, để đảm bảo cho công suất đặt nhỏ cho động truyền động (thường động chiều) hệ truyền động thường điều khiển theo hai vùng điều chỉnh, ta có đặc tính đồ thị phụ tải sau: P,M MC PC I Vmin II Vgh Vmax Hình 1.3 Đặc tính phụ tải máy bào giường V *Vùng I: vùng thay đổi điện áp phần ứng dải điều chỉnh D = (5 ÷ 6)/1 với mơ men trục động không đổi ứng với tốc độ bàn máy thay đổi từ Vmin = (4 ÷ 6) m/ph đến Vgh = (20 ÷ 25) m/ph Khi lực kéo bàn máy không đổi công suất kéo Pc tăng dần lên *Vùng II: vùng điều chỉnh cách giảm từ thông động phạm vi D = (4 ÷ 5)/1 thay đổi tốc độ từ Vgh đến Vmax = (75 ÷ 120) m/ph Khi cơng suất kéo PC gần khơng đổi cịn lực kéo giảm dần Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ cách thay đổi từ thông làm giảm suất máy thời gian trình độ tăng số thời gian mạch kích từ lớn (tức qn tính cuộn kích từ lớn) Vì thực tế người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, điều chỉnh tốc độ động dải cách thay đổi điện áp phần ứng, trường hợp cơng suất động phải tăng Vmax/Vgh Độ ổn định tĩnh: Ở chế độ làm việc xác lập, độ ổn định tốc độ không vượt 5% (s £ 5%) phụ tải thay đổi từ đến giá trị định mức Ở trình độ hay trình khởi động hãm yêu cầu xảy êm, tránh va đập truyền động với độ tác động cực đại Đối với máy bào giường cỡ nhỏ (Lb< 3m; FK = 30 ÷ 50KN) D = (3 ÷ 4)/1 với hệ thống truyền động thường động khơng đồng - khớp ly hợp điện từ; động không đồng roto dây quấn động điện chiều kích từ độc lập hộp tốc độ Những máy cỡ trung bình (Lb = ÷ m; FK = 50 ÷ 70 KN) D = (6 ÷ 8)/1 với hệ thống truyền động hệ F - Đ (máy phát điện chiều cấp điện cho động chiều) Đối với máy cỡ nặng (Lb>5 m; FK>70 KN) D = (8 ÷ 25)/1, hệ truyền động F-Đ có khuếch đại trung gian hệ truyền động T-Đ hệ chỉnh lưu cấp điện cho động chiều điều chỉnh tốc độ cách điều chỉnh góc mở thyristor 2.Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, hành trình kép làm việc lần thời gian truyền động ăn dao thực từ thời điểm đảo chiều so sánh Urc dịch cho Urc = a = p/2, nghĩa ta sử dụng nửa biên độ cực đại Urc Þ Uđk = U rc max 2a 2a (1 - ) Þ a = f (1 - ) Cho a biến thiên từ a = (0 ÷ p p p/2) ta trị số Uđk lập thành bảng: a p/12 p/6 p/4 p/3 p/2 Uđk (V) 5,83 4,7 3,5 2,33 Þ Quan hệ Ud = f(Uđk): Ud 223 215 193 157,7 111,5 Uđk (V) 5,83 4,7 3,5 2,33 Tuyến tính hố đọan đặc tính AB, ta tính hệ số khuếch đại biến đổi sau DU d 223 =32 = DU dk Kp = Ta có: Kp = 32; g = 0,01; Iư = 175(A); RS = 0,07 (W); KD =4,8; St £ 5% chọn St = 5%; D = 10; nđm = 1000 (v/p) thay vào công thức ta được: ÞK= K= æ I u Ru å K D (1 - S t )D ỗ - 1ữữ g çè S t ndm ø æ 175.0,07.4,8(1 - 0,05).10 - 1ữ = 1017,2 ỗ 0,01 ố 0,05.1000 ứ Tính hệ số khuếch đại trung gian kTG: ta có K = KTG.Kp.KD Þ KTG = K/ Kp KD = 1017,2 = 6,6 32.4,8 * Hệ số khuếch đại yêu cầu (Kyc) toàn hệ thống Kyc = KTG.Kp KD g = 6,6.32.4,8.0,01 = 10,17 • Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại KYC = 10,17 Để thực mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán µA741 mắc nối tiếp với điện trở chức Trong trình làm việc hệ thống truyền động điện tự động có ảnh hưởng nhiễu loạn bên ngồi mà hệ thống bị cân so với định mức Khảo sát hệ thống để xét xem hệ thống có ổn định hay khơng, để từ tiến hành hiệu chỉnh hệ thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt tiêu mong muốn Khảo sát chế độ động hệ thống, việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái niệm Khi chuyển biến trạng thái hệ thống sảy cách đột ngột, nhanh mà tốc độ biến thiên lượng điện từ, lượng điện bỏ qua nghĩa khâu qn tính đóng vai trị quan trọng trình làm việc hệ thống Khi khảo sát chế động hệ thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm việc thời gian chuyển từ trạng thái xác lập sang trạng thái xác lập khác 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 II XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG Đầu tiên ta mô tả toán học phần tử hệ thống sau tiến hành xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống Giả sử ta xét cho hệ điều tốc với mạch vòng phản hồi âm tốc độ Các bước để mô tả: Bước 1: Dựa vào quy luật vật lý phần tử để viết phương trình vi phân mơ tả trạng thái động Bước 2: Xây dựng cấu trúc,trạng thái động phần tử cùa hệ điều tốc Bước 3: Tìm hàm truyền hệ ® xét đến điều kiện ổn định Mơ tả tốn học chỉnh lưu điều khiển Ta có sơ đồ thay mạch chỉnh lưu van dẫn dịng sau : Hình 5-1: Sơ đồ thay mạch chỉnh lưu điều khiển Hệ số lưu : U CL = Ud U dk Do tính chất dẫn xung tính chất bán điều khiển chỉnh lưu nên thời điểm thay đổi tín hiệu điều khiển khơng trùng với thời điểm thay đổi góc a Độ dài thời gian trễ có đặc tính ngâu nhiên Do có khoảng thời gian trễ t nên: KCL e-P.t.Uđk = Ud Trong đó: t thời gian trễ - Tia pha: t =10 (ms) - Tia pha, cầu pha: t = (ms) - Tia pha: t = 3,33 (ms) - Tia pha, cầu pha: t = 1,67 (ms) Hàm truyền khâu chỉnh lưu: WCL ( p) = U d ( p) = K CL e - P.t U dk ( p) Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn dùng biến đổi gần từ khai triển Mc.Lauin e Pt = + pt + p.t + 2! Và thay hàm trễ khâu quán tính Nên : WCL = K CL + p.t Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu sau: Hình 5-2: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu Mô tả tốn học động điện chiều kích từ độc lập Ta có sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập sau: Hình 5-3: Sơ đồ thay động điện chiều Xét chế độ độ, động điện chiều ta có phương trình mơ tả sơ đồ thay sau: Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: U u = E + Ru I u + Lu dI u dt Biến đổi Laplace ta được: U u ( P ) - E( P ) = Ru (Te p + 1).I u ( p ) « I u( p) U u ( p ) - E( p ) = Ru Te p + Phương trình chuyển động hệ: M - M C = J « dw dt I - IC = hay I - IC = d CO K M f dt J ( M dt = Kf.I u ) J Ru K M f d CO K f d = Tm M CO Ru dt ( K M f ) Ru dt Trong đó: Hằng số thời gian mạch phần ứng: Tu = Lu 0,003 = = 0,04( s) Ru 0,07 Hằng số thời gian điện cơ: Ta có: TM = J Ru U - I R ; Kfdm = dm dm u ; ( Kfdm ) wdm Trong đó: J = 18,9 (kgm2) 2p ndm ndm 1000 = = = 104(rad ) Tốc độ góc: w dm = 60 9,55 9,55 Þ TM = J Ru 18,9.0,07 = = 0,00011 ( s) (kf ) (104) Trong phép tính sử dụng đại lượng Kd(n), g(n) hệ số tính theo tốc độ Chuyển sang tốn tử Laplace ta có: I ( p ) - I C ( p ) = Tm R KMf P.w ® w = u ( I ( p ) - I C ( p ) ) Ru Tm p Kf Mặt khác ta có : Eu = w.Kf ® Eu ( p) = Ru ( I ( p ) - I C ( p ) ) Tm P Từ phương trình mơ tả tốn học ta có sơ đồ cấu trúc động điện chiều sau: Hình 5-4: Sơ đồ cấu trúc động điện chiều Hình 5.4 sơ đồ cấu truc động chiều Bộ khuyếch đại tỷ lệ máy phát tốc Bộ khuyếch đại tỷ lệ: Máy phát tốc: Wp(p)= W FT (p)= Udk ( p) = Kp DUv( p) U FT ( p ) n( p ) =γ Xây dựng sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống kín với phản hồi âm tốc độ âm dòng điện Nhận xét: Ta nhận thấy hệ thống hở sai lệch tĩnh hệ thống lớn nên không đảm bảo yêu cầu đặt Để đảm bảo điều chỉnh tốc độ tốt St phải nhỏ, mà điều với hệ thống hở làm Để đảm bảo yêu cầu đặt ta buộc phải đưa dùng hệ thống kín có phản hồi Vì vậy, nội dung đồ án chung ta thực điều khiển hệ thống hệ kín có phản hồi âm tốc độ phản hồi âm dòng nhằm thoả mãn hai yêu cầu: Chất lượng tĩnh hệ bảo vệ dòng điện 4.1 Khảo sát chế độ động hệ thống Sơ đồ cấu trúc hệ thống chưa hiệu chỉnh w5 Ucđ (-) (-) w2 (-) w4 w w6 w7 Hình 5-5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống chưa hiệu chỉnh Trong đó: Ucđ tín hiệu đặt điện áp tốc độ(điện áp chủ đạo) - Hàm truyền mạch khuếch đại trung gian: w1 = wy = Ky/Tf.p + Trong đó: Ky, Tf hệ số khuếch đại mạch số thời gian phân lọc - Hàm truyền biến đổi: w2 = wП = Trong đó: +Kcl = KП = K cl Tvo p + d ud hệ số khuếch đại chỉnh lưu d udk + Tv0 số thời gian ; Tov = P w.m m w pha chỉnh lưu tần số góc nguồn điện - Hàm truyền khâu quán tính điện từ: w3 = wδ1(p) = - Hàm truyền khâu quán tính cơ: w4 = wδ2(p) = / Ru Te p + Ru K D Tm p - Hàm truyền khâu nhiễu sức điện động động cơ: w5 = wg = Ta có: KD w w kd = + w w w TM Tu p + TM p + Trong đó: + Rư, Lư điện trở, điện cảm mạch phần ứng động + Tư số thời gian mạch phần ứng: Tư = Lư/Rư + TM số thời gian học: + KD hệ số khuếch đại động - Hàm truyền khâu phản hồi âm dịng có ngắt: w6 = wI = KI/Tip + Trong đó: + Ti số thời gian mạch lọc xen xơ dòng điện + KI = 0,03 - Hàm truyền khâu phản hồi âm tốc độ: w7 = ww = Kw /Tw p + 4.2 Xây dựng hàm truyền hệ thống Để xây dựng hàm truyền hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc hệ thống Chuyển sang sơ đồ tương đương wtd = Ta có hàm truyền w3 w4 + w3 w4 w5 Chuyển sang sơ đồ tương đương Ta có hàm truyền wtd = w2 wtd 1 + wtd w2 w6 w4 = Chuyển sang sơ đồ tương đương Ta có hàm truyền hệ thống: wtd = wht = w1 wtd + w1 wtd w7 w2 w3 w4 + w3 w w5 + w2 w3 w6 Û wht = wht = Û wht = Û wht = Û w1 w2 w3 w4 + w3 w4 w5 + w2 w3 w6 + w2 w3 w4 w7 wy wp wd wd + wdi wdi + wp wdi wI + wy wp wdi wd ww Kd K y K p K d (Tvo p + 1)(Tu p + 1)TM p + (Tvo p + 1) + K p K I TM p + K y K p K d g Ru K Tu TM Tvo p + (Tu TM + TvoTM ) p + ( K p K I TM + TM + Tvo ) p + + g K Ru Thay giá trị như: KI=0,03; Ru=0,07(Ω); K= 1017,2; Tv0 = 1 = = 0,005 ( s ) ; K P = 32 ; TM = 0,00011s; Tu = 0,04s 2.m f 2.3.50 Wht = 1017,2 2,2.10 p + 5.10 -6 p + 51 p + 11,17 -8 B XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH Theo cách xây dựng họ đặc tính hệ kín có hai đoạn Đoạn thứ đoạn làm việc chế độ ổn định tốc độ với khâu phản hồi tốc độ điểm không tải lý tưởng điểm ngắt dòng đoạn thứ hai đoạn làm việc chế độ khởi động hãm hay tải ứng với dòng phần ứng lớn dòng ngắt Ing = 1,5.Iđm đến điểm ngắn mạch Inm, đoạn làm việc với khâu phản hồi âm dịng có ngắt Q trình gia cơng chi tiết thực hành trình thuận nên ta xây dựng đặc tính hành trình thuận Đặc tính cao Đặc tính cao đặc tính ứng với tốc độ làm việc ổn định tốc độ định mức n = nđm § Đoạn thứ đoạn làm việc ổn định với khâu phản hồi âm tốc độ nên ta có phương trình điện: n= K U đ - Ru å K ĐC I u + g K - Điện áp đặt ứng với chế độ làm việc đặc tính cao Uđmax: Điện áp đặt tính tốc độ định mức với chế độ làm việc ổn định, từ phương trình (iii) ta rút được: Uđmax= nđm (1 + g K 0) + Ru å K ĐC I u K Thay n = nđm = 1000 (vg/ph) ta tính điện áp đặt lớn nhất: U đ max = 1000.(1 + 0,01.1017,2) + 0,07.4,8.175 = 11(V ) 1017,2 - Tại điểm không tải lý tưởng n = n0max ứng với dòng phần ứng Iư = Thay vào (iii) ta được: nomax= 1017,2.11 = 1001(vg / ph) + 0,01.1017,2 - Điểm làm việc ổn định điểm (Iđm ; nđm) = (175 ; 1000) - Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 226,5 A tốc độ nngmax nngmax= 1017,2.11 - 0,07.4,8.175 = 996(vg / ph) + 0,01.1017,2 Đoạn thứ hai đoạn làm việc ứng với khâu phản hồi âm dòng điện khâu phản hồi tốc độ làm việc chế độ bão hòa Với hệ thống ta chọn tốc độ thời điểm khâu ngắt bắt đầu tác động tốc độ mà khâu phản hồi âm tốc độ đạt giá trị bão hòa nbhmax = nngmax Lúc ta có: Utg = Uđmax - gnbhmax = 11 – 0,01.996 = 1,04 (V) Ta chọn Ubh = 12 V ta tính hệ ố khuếch đại tốc độ: Kw = U bh K 12 6,6 = = 12,4 ® K I = TG = = 0,5 U ng 0,97 K w 12,4 Từ phương trình (1) (2) ta rút phương trình đặc tính làm việc với phản hồi âm dịng có ngắt: n = KĐC.{KD.KI [(Ubh – (Iư - Ing)b] - IưRưS} (*) Tại điểm khởi động ta có n = ứng với dòng ngắn mạch đặc tính cao Inm, thay vào (*) ta tính dòng khởi động: I nm = K D K I (U bh + b I ng ) K D K I b + Ru å = 4,8.0,5.(12 + 0,03.226,5) = 317,66( A) 4,8.0,5.0,03 + 0,07 Vậy bội số dòng khởi động l = Inm /Iđm = 317/175 = 1,8 < 2,5 hệ số chấp nhận để động khởi động anh toàn Đoạn thứ hai qua hai điểm điểm ngắt (1,5Iđm ; nngmax) điểm khởi động (1,8.Iđm ; 0) Đặc tính cao Ở đặc tính thấp động làm việc với sai số tốc độ lớn nhất, tốc độ làm việc ứng với dòng định mức nmin = nđm /10 = 1000/ 10 = 100 (vg/ph) - Điện áp đặt động làm việc tốc độ nhỏ U đ = 100(1 + 0,01.1017,2) + 4,8.0,07.175 = 1,15(V ) 1017,2 - Tốc độ không tải lý tưởng n0min: n0 = 1017,2 1,15 = 105(vg / ph) + 0,01.1017,2 - Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 226,5 A tốc độ nng = 1017,2.1,15 - 4,8.0,07.175 = 99(vg / ph) + 0,01.1017,2 - Dịng ngắn mạch ứng với đường đặc tính thấp nhất: Ta chọn tốc độ lúc khâu phản hồi dòng bắt đầu rơi vào trạng thái bão hịa lúc khâu phản hồi âm dịng có ngắt bắt đầu tác động nbhmin = nngmin = 99(vg/ph) Do điện áp bão hịa KĐTT khơng đổi, đồng thời hệ số khuếch đại KI không đổi nên điểm ngắn mạch họ đặc tính xuất phát từ điểm (2,26.Iđm ; 0) Kiểm tra chất lượng tĩnh Độ sai lệch tốc độ lớn ứng với đặc tính thấp nhất: S% = n0mim - nmin 105 - 100 = 100 = 4,76 % n0 105 Ta thấy s% < 5% nên hệ thống kín đảm bảo chất luợng tĩnh II XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA 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 Xét ổn định hệ thống Xét ổn định cho hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitez + Phát biểu: "điều kiện cần đủ cho hệ thống tuyến tính ổn định hệ số a0 > định thức Hurwitez dương." + Cách lập định thức Hurwitez Định thức Dn có n cột n hàng Đường chéo Dn a1 liên tiếp đến an Các số hạng cột đường chéo có số tăng dần, cịn đường chéo có số giảm dần Các số hạng có số cao n bé ghi số VD: Cho hệ thống có phương trình bậc ba a0 p3 + a1 p2 + a2 p + a = Các định thức Hurwitez a a ; D1 = a1 ; D2 = a1 a a a a0 a2 a a D = Và D3 = D2.a3 = a a - a a + Áp dụng tiêu chuẩn để xét ổn định cho hệ thống Phương trình đặc tính hệ thống: 2,2.10 -8 p + 5.10 -6 p + 51 p + 11,17 có hệ số a0 = 2,2.10-8 > Các định thức Hurrwitez: 5.10 - D = 2,2.10 51 -8 5.10 D = -6 5.10 5.10 -6 11,17 2,2.10 -8 51 -6 11,17 = 2,5.10 - ñ D1 = a1= 5.10-6 > Ta có: D3 = D2.a3 mà D2 > nên a3 = 51 > Þ D3 > Các kết tính tốn phù hợp với tiêu chuẩn ổn định Hurwitez Kết luận: Hệ thống tuyến tính ổn định Lời Kết Trong thời gian vừa qua, với nổ lực thân với bảo tận tình thầy giáo mơn trang bị điện, đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh, em hồn thành xong thiết kế đề tài “Thiết kế trang bị điện cho truyền động máy bào giường” Trong trình thiết kế đồ án, với kiến thức hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận nhận xét, góp ý thầy giáo để thiết kế em hồn chỉnh Em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh , thầy cô giáo môn Thiết kế máy điện lời biết ơn sâu sắc chúc thầy cô giáo sức khỏe dồi thành cơng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 18 tháng 08 năm 2022 Sinh viên :Lê Thị Ngọc Huyền ... độ động tăng lớn vượt giới hạn cho phép làm điều kiện chuyển mạch xấu dòng phần ứng tăng cao Để chuyển mạch xảy bình thường cần giảm dịng phần ứng làm cho mômen cho phép trục động giảm nhanh,... dụng phát xung độc lập Khi phát xung làm việc (phát xung mở cho BBĐ) nghỉ, van BBĐ cịn lại khơng thể mở Khi cần đảo chiều cho nghỉ, sau cho thứ phát xung để mở van BBĐ thứ Phương pháp điều khiển... việc nâng hạ xà Bơm dầu Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc bơm dầu phải làm việc, lượng dầu máy đảm bảo rơle áp lực hoạt động kích hoạt làm kín mạch cho chuyển động bàn Áp lực cần thiết