mô phỏng truyền động chính của máy bào giường hệ t- đ công suất 15kw

đề cơng sơ bộ bàI tập lớn môn: trang bị điện_điện tử máy gia công kim loại Đề tài : Mô phỏng truyền động chính của máy bào giờng hệ T- Đ Lời mở đầu Chơng1. Tổng quan về máy bào giờng 1.1. Đặc điểm công nghệ của máy bào giờng 1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy bào giờng Chơng2. Các phơng trình cơ bản động cơ điện một chiều của hệ truyền động T- Đ 2.1. Phơng trình cân bằng điện áp 2.2. Phơng trình mômen của động cơ Chơng3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ truyền động chính máy bào giờng T-Đ 3.1. Tổng hợp bộ điều khiển của mạch vòng dòng điện R i 3.2. Tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng tốc độ R Chơng4. Mô phỏng Matlab truyền động chính của máy bào giờng hệ T- Đ 4.1. Lựa chọn tham số cho động cơ 4.2.Tính chọn bộ điều khiển dòng điện và tốc độ 4.3. Viết chơng trình tạo tín hiệu tốc độ đặt cho máy bào giờng hệT-Đ 4.4. Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ động cơ truyền động chính 4.5. Các đặc tính ra của máy sau khi mô phỏng Tài liệu tham khảo Lời nói đầu 1 Sự bùng nổ tiến bộ kĩ thuật trong lĩnh vực điện _ điện tử _ tin học trong những năm gần đây đã dẫn tới những sự thay đổi sâu sắc cả về mặt lí thuyết và thực tế của lĩnh vực truyền động điện tự động. Trớc hết phải kể đến là sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thớc gọn nhẹ, tác động nhanh, độ chính xác cao, .Việc tự động hoá các thiết bị máy móc sản xuất làm tăng năng suất lao động, nâng cao chất lợng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Việc tăng năng suất máy, giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hoá. ở nớc ta hiện nay đã và đang du nhập khá nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại. Điều này đòi hỏi những ngời kĩ s làm việc với chúng phải có những hiểu biết, những kiến thức tiên tiến bắt kịp thời đại công nghiệp hoá hiện đại hoá. Trang bị điện _điện tử máy gia công kim loại đề cập tới phần điện_điện tử máy gia công kim loại. Đây là loại máy chủ yếu và quạn trọng trong công nghiệp nặng của nền kinh tế nớc ta. Trang bị điện máy bào giờng giúp ngòi kĩ s có kiến thức về điều khiển tịnh tiến có chu kì của vật thể có quán tính lớn. Mô phỏng chuyển động chính của máy bào giờng là cơ sở để chúng ta biết đợc dạng chuyển động và để điều chỉnh tốc độ bàn máy. Để thực hiện việc mô phỏng này ta sử dụng phần mềm Matlab & Simulink. Chơng1. Tổng quan về máy bào giờng 2 1.1. Đặc điểm công nghệ của máy bào giờng Máy bào giờng là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5 m ữ12 m. Tuỳ thuộc vào chiều dài của bàn máy và lực kéo ta có thể phân loại máy thành ba loại : + Máy cỡ nhỏ : Có chiều dài bàn L b < 3 (m) Có lực kéo F k = 30 ữ 50 (kN) + Máy cỡ trung bình : Có chiều dài bàn L b = 4ữ 5 (m) Có lực kéo F k = 50 ữ70 (kN) + Máy cỡ nặng : Có chiều dài bàn L b > 5 (m) Có lực kéo F k > 70 (kN) Hình 1-1: Dạng bên ngoài của máy bào giờng. Trong đó : 1: chi tiết gia công 2: bàn máy 3: dao cắt 4: bàn dao đứng 5: xà ngang cố định 3 Chi tiết gia công đợc kẹp chặt trên bàn máy và có thể chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt đợc kẹp chặt trên bàn dao đứng, bàn dao này đợc đặt trên xà ngang cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kì lặp lại, mỗi chu kì gồm hai hành trình thuạn và ngợc. - Hành trình thuận thực hiện gia công chi tiết gọi là hành trình cắt gọt - Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao s ( mm/ hành trình kép ). Chuyển động qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là chuyển động nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải. Hình 1-2: Đồ thị tốc độ của bàn máy Đây là dạng đồ thị thờng gặp. Khi bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ V 0 (m/phút) trong khoảng thời gian là t 1 . Sau khi chạy ổn định với tốc độ V 0 trong thời gian t 2 thì dao cắt vào chi tiết. Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V 0 đến hết thời gian t 3 . Khi kết thúc t 3 bàn máy đợc tăng tốc đến V gh trong 4 thời gian t 4 . Khoảng thời gian t 5 bàn máy chuyển động với tốc độ ổn định là V gh và lúc đó tiến hành gia công chi tiết. Khi gần hết quá trình cắt gọt thì bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V 0 trong thời gian t 6 . Khi tốc độ giảm về tới V 0 thì dao đợc đ- a ra khỏi chi tiết ,bàn máy chạy ổn định tại tốc độ V 0 trong khoảng thời gian t 7 , bàn máy vẫn chạy với tốc độ nh trên trong thời gian t 8 và dao cắt đợc nhấc lên khỏi chi tiết. Trong khoảng t 9 bàn máy giảm tốc về 0 sau đó đảo chiều và tăng tốc để thực hiện hành trình ngợc. Khi tốc độ đạt tới V ng thì bàn máy chạy ổn định và nó giữ tốc độ đó trong khoảng thời gian t 10 . Khi gần kết thúc hành trình ngợc thì bàn máy giảm tốc về V 0 trong thời gian là t 11 . Khi đạt tới V 0 bàn máy chạy ổn định trong thời gian t 12 và chuẩn bị giảm tốc về 0 và đảo chiều chuẩn bị tiến hành cho hành trình thuận tiếp theo. 1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy bào giờng hệ F-Đ 1.2.1. Truyền động chính Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy hay giữa tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc và tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận. D = min max V V = min. max. th ng V V Trong đó: V ng.max tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngợc, và thờng V ng.max = 75ữ 120 m/phút V th.min tốc độ nhở nhất của bàn máy trong hành trình thuận, và thờng V th.min = 4ữ6 m/phút Nh vậy D = (12,5 ữ 30) / 1. Thông thờng, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều đợc cấp nguồn từ bộ biến đổi (BBĐ). Theo yêu cầu của phụ tải tốc độ đợc điều chỉnh theo hai vùng: 5 -Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5ữ6)/1 với mômen trên trục động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ V min = (4ữ6) m/ph đến V gh =(20ữ25) m/ph, khi đó lực kéo không đổi -Giảm từ thông động cơ trong phạm vi ( 4ữ 5 )/1, khi thay đổi tốc độ từ V gh đến V max =(75 ữ 120)m/ph, khi đó công suất kéo gần nh không đổi. Nếu sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông thì sẽ làm giảm năng suất máy. Vì thế ngời ta thờng mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng. Trong trờng hợp này công suất của động cơ phải tăng lên V max /V min lần. Ơ chế độ xác lập, độ ổn định tốc đọ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Đối với máy bào giờng cỡ nhỏ hệ thống truyền độnchính thờng là động cơ không đồng bộ khớp li hợp; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập và hộp tốc độ. Những máy cỡ trung bình thì hệ thống truyền động là F-Đ. Đối với máy cỡ nặng hệ truyền động là hệ F-Đ có bộ khuéch đại trung gian ; hệ chỉnh lu dùng tiristor - động cơ một chiều. 1.2.2. Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao có tính chất chu kì. Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao là D= ( 100ữ200)/1. Lợng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80ữ100) mm/ hành trình kép. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ. Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao thờng đợc thực hiện bởi động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ. 1.2.3. Truyền động phụ Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng đầu dao trong hành trình ngợc, đợc thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và nam châm điện. 6 Chơng2. Các phơng trình cơ bản động cơ điện một chiều của hệ truyền động T- Đ 2.1. Phơng trình cân bằng điên áp E dt di LIRU uuu ++= Trong đó: U - điện áp phần ứng u R - điện trở mạch phần ứng u I - dòng điện mạch phần ứng u L - điện cảm mạch phần ứng E - sức điện động phần ứng . .2 a pN KE == (1) Với p - số đôi cặp từ chính N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng K - hệ số cấu tạo của động cơ - từ thông kích từ dới một cực từ -tốc độ quay của động cơ Dạng phơng trình cân bằng điện áp khi chuyển sang toán tử Laplace u u u u uuuu R L p REU I EIpLIRU .1 /1).( . + = ++= u u Tp R EU .1 /1 )( + = (2) 2.2. Phơng trình mômen của động cơ -Phơng trình mômen điện từ udt IKM . = (3) -Phơng trình động học dt d JMM c += 7 Với c M - mômen cản trên trục động cơ J - mômen quán tính của động cơ -Phơng trình động học khi chuyển sang dạng toán tử Laplace pJMM c += (4) Jp MM c + = 1 (5) -Từ các phơng trình (1); (2); (3); (4); (5) ta có sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều: Hình 2-1: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều Chơng3. Tổng hợp mạch vòng tốc độ truyền động chính máy bào giờng F-Đ u u pT R + 1 /1 .K Jp 1 .K d U M c M E 8 3.1. Tổng hợp bộ điều khiển của mạch vòng dòng điện R i - Khi tổng hợp bộ điều khiển của mạch vòng dòng điện ta tính tới ảnh h- ởng của sức điện động E. Ta có sơ đồ của mạch vòng dòng điện cho động cơ điện một chiều Hình 3-1 : Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện - Trong đó : i R - bộ điều chỉnh dòng điện )1)(.1( pTpT K vdk cl ++ - hàm truyền của bộ chỉnh lu Với cl K - hệ số khuếch đại chỉnh lu dk T - hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lu v T - hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lu pT K i i .1+ - hàm truyền của cảm biến dòng Với i K - hệ số khuếch đại của cảm biến dòng i T - hằng số thời gian của cảm biến dòng - Sơ đồ thu gọn i R ).1)(.1( pTpT K vdk cl ++ pT R u u .1 /1 + pTi K i .1 + id U I i U K Jp 1 K E C M 9 Hình 3-2 : Sơ đồ thu gọn của mạch vòng dòng điện - Trong đó : i S 0 là hàm truyền đối tợng )1)(1)(1)(1( /1 0 pTpTpTpT RKK S uivdk uicl i ++++ = Do ivdk TTT ;; là các hằng số thời gian rất nhỏ nên ta đặt ivdksi TTTT ++= Nên ta có: )1)(1( /1 0 pTpT RKK S usi uicl i ++ = Hàm truyền kín của hệ thống ii ii SR SR F 0 0 1 . + = áp dụng tiêu chuẩn môdul tối u ta có 22 .2.21 1 pp FF MC ++ == )1( 1 1 0 = MC i i FS R Thay các giá trị MCi FS ; 0 vào ta có ).1(.2 )1)(1.( ppKK TpTR R icl usiu i + ++ = - Chọn si T= pTKK pTR R siicl uu i .2 )1.( + = Nh vậy bộ điều khiển dòng ta chọn là bộ PI : bộ tỉ lệ tích phân Hàm truyền của hệ kín: pT F si Ki 21 1 + = (đã bỏ qua thành phần bậc cao T si 2 p 2 ) 3.2. Tổng hợp bộ điều khiển mạch vòng tốc độ R i R i S 0 id U I _ 10 [...]... đ đ t 4.4 Sơ đ mô phỏng mạch vòng tốc đ của đ ng cơ truyền đ ng chính máy bào giờng hệ T- Hình4-2: Sơ đ mô phỏng mạch vòng tốc đ truyền đ ng chính máy bào giờng 20 4.5 Các đ c tính ra sau khi mô phỏng -Dạng dòng điện ra lấy trên khối Scope1: Hình 4-3: Dòng điện ra của truyền đ ng chính máy bào giờng hệ T- -Dạng tốc đ ra lấy trên khối Scope : Hình4-4: Dạng tốc đ ra của đ ng cơ truyền đ ng chính. .. chuẩn môdul tối u F ( p ) = FMC ( p ) Và FMC ( p ) = 1 1 + 2 p + 2 2 p 2 R ( p) = 1 S 0 ( p)[ F 1 MC 1] Thay các giá trị vào và ta chọn = Ts ta có: R ( p ) = K Tc 1 / K i K Ru 2Ts Bộ điều chỉnh tốc đ là khâu tỉ lệ P 13 Chơng4 Mô phỏng Matlab truyền đ ng chính của máy bào giờng 4.1 Lựa chọn tham số cho đ ng cơ truyền đ ng chính máy bào giờng Các thông số: -Công suất đ nh mức : P đm = 15 (KW) -Điện... 15 (KW) -Điện áp đ nh mức phần ứng: U đm = 220(V) -Tốc đ quay đ nh mức : n đm = 1500(v/ph) -Điện cảm phần ứng :Lu = 0,2 (H) -Hiệu suất của đ ng cơ : đm = 90% -Hằng số thời gian máy biến dòng :Ti = 0,002 (s) -Hằng số thời gian của bộ chỉnh lu :TV = 0,002(s) -Hằng số thời gian của chuyển mạch điều khiển :T đk =0,001(s) -Hằng số thời gian máy phát tốc :T = 0,002 (s) -Mômen quán tính của đ ng cơ : J = 2,45... = 0,2( s ) (1,4) 2 Tc = Chọn U d = 10(V ) - Hệ số khuếch đ i của bộ chỉnh lu K cl = U dm = 22 Ud Chọn U id = 7(V ) - Hệ số khuếch đ i của biến dòng Ki = U id = 0,102 I dm Chọn U d = 10(V ) - Hệ số khuếch đ i của máy phát tốc K = U d = 0,064 - Tính : Tsi = Ti + TV + Tdk = 0,005( s) - Tính : Ts = 2Tsi + T = 0,012( s ) Vậy hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện Ri = Ru (1 + pTu ) K cl K i 2Tsi p 15... Ri = Ru (1 + pTu ) K cl K i 2Tsi p 15 0,16.(1 + 1.,25 p) 2.0,102.22.0,005 p 1 = 5,7.(1 + ) 1,25 p Ri = Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc đ R = K Tc 1 / K i K Ru 2Ts 1,4.0,2.0,102 0,16.0,064.2.0.012 = 116,21 R = 4.3 Chơng trình tạo tín hiệu đ t cho tốc đ của truyền đ ng chính máy bào giờng đ c viết trên M-file: t=[];y=[]; y(1)=0;t(1)=0;k=1; dt=0.01;dy=0.01; while (t(k) . hiệu tốc đ đ t cho máy bào giờng h T- 4.4. Sơ đ mô phỏng mạch vòng tốc đ đ ng cơ truyền đ ng chính 4.5. Các đ c tính ra của máy sau khi mô phỏng Tài. yêu cầu đ i với hệ thống truyền đ ng điện và trang bị điện máy bào giờng hệ F -Đ 1.2.1. Truyền đ ng chính Phạm vi điều chỉnh tốc đ truyền đ ng chính là