nghiên cứu khái quát về cán nóng liên tục. thiết kế chương trình điều khiển đồng bộ hóa tốc độ, mômen cho các động cơ trong dây chuyền

ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ Đồ án môn học : trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung Tên đề tài : “ Nghiên cứu khái quát cán nóng liên tục Thiết kế chương trình điều khiển đồng hóa tốc độ, mơmen cho động dây chuyền” Chương Tổng quan công nghệ cán nóng liên tục 1.1 Khái niệm chung 1.2 Cấu tạo chung 1.3 Các thông số điều kiện cán Chương Cơng nghệ cán nóng liên tục 2.1 Đặc điểm công nghệ 2.2 Hệ truyền động điện cho máy cán liên tục Chương Xây dựng hệ thống TĐĐ cho trục cán hộp cán 3.1 Các phương án chọn hệ thống TĐĐ cho máy cán 3.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển truyền động điện 3.3 Mô hệ thống 3.4 Kết đánh giá kết mơ Hải Phịng, ngày 23 tháng năm 2012 Giáo Viên Hướng Dẫn TGS.TS Hồng Xn Bình Sinh Viên Thực Hiện Phan Văn Trung MỤC LỤC _LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CÁN 1.Khái niệm chung 2.Máy cán 2.1.Cấu tạo chung 2.2.Phân loại 3.Các thông số điều kiện cán 3.1.Các thông số 3.2 Điều kiện cán CHƯƠNG II.CƠNG NGHỆ CÁN NĨNG LIÊN TỤC 1.Đặc điểm cơng nghệ 1.1.Máy cán nóng liên tục 1.2.Đặc điểm máy cán nóng liên tục 1.3.Các đặc trưng 2.Điều chỉnh tốc độ động máy cán nóng liên tục CHƯƠNG III.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÁY CÁN NĨNG LIÊN TỤC 1.Động không đồng roto dây quấn 2.Động khơng đồng roto lồng sóc 3.Động chiều kích từ song song TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Ngày phát triển cơng nghiệp hố, đại hố nước ta nhu cầu máy móc, thiết bị kỹ thuật nguyên vật liệu cho kinh tế quốc dân lớn để đáp ứng nhu cầu u cầu cơng nghệ chế tạo chi tiết máy vật liệu phục vụ cho việc sản xuất, sửa chữa nguyên liệu cho kinh tế lớn Trong số nhóm máy nhóm máy cán chiếm phần quan trọng Máy cán phát triển mạnh với nhiều chủng loại, phục vụ nhiều công đoạn chế tạo máy hay cán thép ngành công nghiệp khác Trong viết em trình bày dạng máy cán máy cán nóng liên tục ( CNLT ) đồng thời viết có trình bày cách chi tiết cách tính tốn thơng số động chiều, động không đồng bộ, loại động sử dụng nhiều hệ thống CNLT Bài viết không dài hi vọng đáp ứng lại phần nhu cầu tìm hiểu máy cán Và từ có nhìn đầy đủ máy cán hay đưa điều khiển cho máy cán Bài viết nhiều thiếu sót, em mong nhận đánh giá, lời góp ý thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ CÁN 1.1 Tổng quan chung cơng nghệ cán 1.1.1 Khái niệm chung + Cán hình thức gia công áp lực để làm thay đổi hình dạng kích thước vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo + Yêu cầu quan trọng trình cán ứng suất nội biến dạng dẻo không không lớn, đồng thời kim loại giữ độ bền cao - Ứng suất nội biến dạng dẻo giảm nhiệt độ kim loại tăng, nên thực tế cán nóng hay sử dụng để giảm lực cản lượng tiêu hao trình cán - Trong nhiều trường hợp yêu cầu công nghệ, người ta phải sử dụng cán nguội + Căn theo nhiệt độ trình tái kết tinh, người ta phân loại thành cán nguội cán nóng Đối với thép nhiệt độ là: 6000 ÷ 6500C nên chia ra: - Nhiệt độ 4000 ÷ 4500C cán nguội - Nhiệt độ 6000 ÷ 6500C cán nóng 1.1.2 Máy cán Máy cán thực ngun cơng làm biến dạng dẻo kim loại để có hình dạng kích thước mong muốn Kim loại nén ép kẹp kéo qua hai trục cán quay ngược chiều a)Cấu tạo chung máy cán thường có phần sau: * Hộp cán + Gồm hai hay nhiều trục cán gối trục đặt lên thân máy + Trục cán dịch chuyển theo phương thẳng đứng định vị thiết bị kẹp trục * Cơ cấu thiết bị truyền + Ở máy cán lớn ( cán thô, cán thép dày ) máy cán có tốc độ lớn trục cán truyền động riêng rẽ từ hai động điện riêng + Ở máy khác, truyền động trục cán động điện đảm nhiệm thông qua hộp bánh Hộp bánh có bánh có đường kính ( tỷ số truyền i = 1) để truyền động cho trục cán trường hợp tốc độ động điện không phù hợp với tốc độ trục cán ta có thêm hai thành phần là: - Hộp giảm tốc - Hộp tăng tốc + Ở máy cán địi hỏi tốc độ ổn định động điện hộp tốc độ cịn có thêm bánh đà * Động điện Thường dùng động luyện kim chuyên dùng có thổi gió làm mát + Ở máy cán có tốc độ cán khơng đổi ( máy cán thô liên tục ) thường dùng động đồng ( dùng động không đồng với bánh đà ) + Ở máy cán có điều chỉnh tốc độ cán thường dùng đọng chiều ( DC ) Nguồn chiều cấp từ chỉnh lưu riêng b) Với cơng việc địi hỏi khác nhau, ta có loại máy cán dược phân loại khác nhau: * Theo tên gọi - Máy cán thô : φ = ( 800 ÷ 1300 ) mm - Máy cán phơi dẹt : φ = ( 1100 ÷ 1150 ) mm - Máy cán phơi : φ = ( 450 ÷ 750 ) mm - Máy cán ray : φ = ( 750 ÷ 900 ) mm : φ = ( 500 ÷ 750 ) mm - Máy cán phân loại nhỏ : φ = ( 250 ÷ 350 ) mm : φ = ( 250 ÷ 350 ) mm - Máy cán phân loại thô - Máy cán dây * Theo số trục cán cách bố trí chúng * Theo số hộp cán cách bố trí chúng * Theo chế độ làm việc - Máy cán quay thuận nghịch có điều chỉnh - Máy cán khơng quay thuận nghịch có điều chỉnh - Máy cán khơng quay thuận nghịch khơng có điều chỉnh c) Máy cán có đặc trưng sau: - Đường kính trục cán ( máy cán phôi ) - Chiều dài trục cán ( máy cán ) - Đường kính ống cán thành phẩm ( máy cán ống) /Các thông số điều kiện cán Khi cho phơi kim loại vào hộp cán phơi bị kẹp ép chặt trục cán quay ngược chiều nhau, kết chiều dày phôi bị giảm đi, chiều dài phôI tăng lên, chiều rộng cua phơi tăng lên Hình Sơ đồ cán phơi Ta coi máy cán có hai trục cán giống hệt nhau, quay ngược chiều với tốc độ Ký hiệu đại lượng phôi trước sau cán sau: + Các đại lượng phôi trước cán - H1 : bề dày phôi trước cán - B1 : Chiều rộng phôi trước cán - L1 : Chiều dài phôi trước cán - F1 : Tiết diện phôi trước cán + Các đại lượng phôi sau cán - H2 : bề dày phôi sau cán - B2 : Chiều rộng phôi sau cán - L2 : Chiều dài phôi sau cán - F2 : Tiết diện phôi sau cán 3.1/ Các thông số 3.1.1/ Hệ số kéo dài: Là tỷ số chiều dài sau cán trước cán L1 λ= L (>1) Sau n cán, hệ số kéo dài toàn phần λ= n Π λ1 i =1 Nếu coi thể tích phơi khơng đổi ( V1 ≈ V2 ) thì: V2 L1 F1 F2 λ= L = V = F 2 F1 Nếu coi độ nở rộng không đáng kể ( B1 ≈ B2 ) thì: L1 F1 H B1 H1 λ= L = F = H B = H 2 2 3.1.2/ Cung ngoạm : Là cung tròn trục cán tiếp xúc với phơi cán 3.1.3/ Góc ngoạm: Là góc tâm (α ) ứng với cung ngoạm 3.2/ Điều kiện để trục cán ngoạm kim loại Trục cán ngoạm phôi cán ép nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất cung ngoạm trục quay Hình Lực trục cán tác động lên phơi Ngồi lực kéo vào trục cán gây cịn có lực đẩy Nếu lực đẩy mà lớn lực kéo vào trục cán khơng ngoạm phơi Ta có lực tác dụng sau: → P : Lực tác dụng trục cán lên phôi → T : Lực ma sát tiếp tuyến với mặt trịn có xu hướng kéo phơi vào trục cán Phân tích hai lực thành thành phần lực theo trục xx yy ta thu kết sau : Px > Tx => Trục cán không ngoạm phôi Px < Tx => Trục cán ngoạm phôi => Điều kiện ngoạm phôi trục cán : Tx ≥ Px  T.Cosα ≥ P.Sinα  T ≥ P.tgα Ta lại có lực ma sát trượt : T = P.kms = P.δms Với kms : hệ số ma sát trượt δms : góc ma sát trượt => P.kms = P.δms ≥ P.tgα => Vậy điều kiện để trục cán ngoạm phôi là: kms ≥ tgα δms ≥ α Kết luận: Trục cán ngoạm phôi hệ số ma sát trượt lớn tg góc ngoạm hay góc ma sát trượt lớn góc ngoạm Khi cán nóng: kms = m ( 1,05 - 0,0005t ) ≈ 0,25 ÷ 0,60 t : nhiệt độ kim loại , [ 0C ] m : hệ số m =1 : cán nóng trục thép m = 0,8 : cán nóng trục gang luyện CHƯƠNG II CƠNG NGHỆ CÁN NĨNG LIÊN TỤC 1/ Đặc điểm cơng nghệ 1.1/ Máy cán nóng liên tục ( CNLT ) Máy CNLT có nhiều hộp cán quay theo chiều đặt nối tiếp Phôi cán lúc qua hộp cán Máy CNLT có nhiều kiểu loại với nhiệm vụ khác : - Máy cán ( hay cán ) : dùng cán phôi dẹt thành băng thép rộng từ ( 500 ÷ 2300)mm, chiều dày từ ( 0,8 ÷ 20 )mm - Máy cán phân loại : đa dạng thể loại, Thành phẩm chủng loại thép khác hình dạng kích thước - Máy cán dây : Sản phẩm dây thép ( 5÷ 10 )mm - Máy cán ống : cán nhẵn ( để đảm bảo kích thước ngồi ống ), cán dát ( để khử khơng đồng đường kính, làm nhẵn mặt mặt ống ), cán tóp hay chuốt ( để thu nhỏ đường kính ống ) 1.2/ Đặc điểm máy cán nóng liên tục ( CNLT ) - Tốc độ cao nên suất cao - Qua lần cán, kim loại chưa nguội nhiều nên chất lượng sản phẩm tốt, tuổi thọ trục cán cao hơn, giảm suất tiêu hao lượng - Máy làm việc với tốc độ cao nên hay xuất phụ tải xung - Kim loại cán nhiều hộp cán lúc nên hộp cán phải có liên hệ chặt chẽ tốc độ CHƯƠNG III TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÁY CÁN NÓNG LIÊN TỤC Ngày nay, hệ thống CNLT thương lớn, số lượng động sử dụng hệ thống cán lớn Trong hệ thống cán nóng liên tục, thường sử dụng nhiều loại động : Đ/c chiều ( DC), đ/c không đồng ( KĐB )và động đồng ( ĐB ) Trong quan trọng sử dụng nhiều ĐC KĐB ĐC DC 1/ Động không đồng roto dây quấn Hệ phương trình động khơng đồng hệ trục vng góc (d, q) gắn liền với từ trường quay stato đại lượng tương đối bỏ qua thành phần dao động : U d = r.i d − ω.Ψq U q = r.i q + ω.Ψq dΨD µ.x = − ΨD + i d + s.ω T ΨQ dt Tr Tr dΨQ dt =− µ.x ΨQ + i q + s.ω T ΨD Tr Tr Ψd = x.i d + i D Ψq = x.i q + i Q ΨD = i D + µ.x.i d ΨQ = i Q + µ.x.i q dω D = Me − Mc dt M e = Ψd i q − Ψq i d TM Trong : r : điện trở stato Ud , Uq : Điện áp đặt vào stato theo trục dọc ngang Ψd ; Ψq : Từ thông móc vịng cuộn dây stato theo trục dọc ngang i d ; i q : Dòng điện stato theo trục dọc ngang ΨD ; ΨQ : Từ thơng móc vịng roto theo trục dọc ngang i D ; i Q : Dòng điện roto theo trục dọc ngang Tr : Hằng số thời gian mạch roto µ : hệ số tương hỗ cuộn stato roto ωb : Đại lượng so sánh vận tốc quay từ trường quay stato ω T : Vận tốc quay từ trường quay stato viết đại lượng thật ω : vận tốc quay từ trường quay stato viết đại lượng tương đối S : độ trượt roto từ trường quay stato S= ω − ωD ω ω D : Vận tốc quay roto từ trường quay stato Me : Momen quay động Mc : Momen cản TM : Hằng số thời gian khí Hình 3.1 Mơ hình động khơng đồng rơto dây quấn Hình 3.5 Đặc tính mơmen động Hình 3.6 Đặc tính tốc độ động 2/ Động khơng đồng roto lồng sóc 2.1/ Lý thuyết Động không đồng ro to lồng sóc có: m M s s K ; R s ≈0 mK = + s s K mK = zp Ls σ U s  ω  s   ;   sK = Rr Ls ω s σ Trong đó: mK : Mômen lật Sk : Hệ số trượt m = K mM mM : Mômen động US : Điện áp stato ωS : Tần số stato ZP : Số cặp cực σ Hệ số tản : Công thức công thức gần đúng, xuất phát từ giả thiết điện trở stato Giả thiết coi gần máy điện công suất lớn, lớn Các phương trình mơ tả động dị roto lồng sóc 2.1.1/ Phương trình điện áp stato uS = RSiS + dψ S dt 2.1.2/ Phương trình điện áp = Rr.ir+ dψ r - jωψr dt 2.1.3/ Phương trình từ thơng m ψS = L s i s +L i r m ψr = L i s +L r i r Trong đó: Rs : Điện trở stato Rr : Điện trở roto Ls : Điện cảm stato Lr : Điện cảm roto Lm : Hỗ cảm cuộn dây uS : Vectơ điện áp stato iS : Véctơ dòng điện stato ψS : Véctơ từ thông stato ψr : Véctơ từ thông roto Dưới kết mô simulink dộng khơng đồng ro to lồng sóc 2.2/ Sơ đồ simulink Lựa chọn thông số cho động sau: Rs = 0.18 (Ω) Rr = 0.17 (Ω) Ls = 4.0 (Ω) Lr = 4.0 (Ω) 2.3/ Các đường đặc tính 2.3.1/ Đường đặc tính mơmen cản Tải đóng vào động cơ, tốc độ ổn định sau 0.5 s 2.3.2/ Đặc tính tốc độ theo thời gian 2.3.3/ Đặc tính dịng điện i i 2.3.4/ Đặc tính mơmen trục động 3/ Động chiều ( DC ) 3.1/ Các phương trình đ/c điện chiều kích từ song song + pt điên áp kích từ: U K = I K RK + pt điện áp mạch phần ứng: U = I U RU + LU P.I U + E E = KΦ.ω = Cu.ω + pt mômen: M − Mc = J P.ω M = KΦ I Ta thành lập pt đặc tính dc U − LU P.I RU + R P − M KΦ ( KΦ ) ω= hàm truyền ĐCDC I= / RU (U − E ) = (U − E ) RU + LU P + TU P 3.2/ Mơ hình động điện chiều Chuyển qua hệ toạ độ tương kích từ độc lập ta được: Pt phần kích từ: * * UK = IK Hàm truyền dc: I= / RU U E ( − ).U dm + TU P U dm U dm I= / RU KΦ ω (U * − ).I dm Rdm + TU P KΦ dmω I* = * / RU (U * − Φ *ω * ) + TU P điện cảm phần ứng nhỏ nên ta bo qua (Tư=0) ta hàm truyền I* = (U * − Φ *ω * ) * RU tốc độ động tính theo biểu thức M − Mc JP ( M * − Mc * ).M dm ⇒ ω * ω = JP * * ( M − Mc ).M dm ⇒ ω* = JPω ω= ⇒ ω* = M * − Mc * P.TC mặt khác: M = KΦ I KΦ I KΦ I ⇒ M* = = = Φ*I * M dm KΦ dm I dm ⇒ ω* = M * − Mc * Φ * I * − Mc * = P.TC P.TC với Tc : số học động Jω M dm TC = I* = I I dm U* = U U dm R* = R Rcb ω* = ω ω0 Rcb = U dm I dm Φ* = Φ Φ dm Tính tốn giá trị cho động Giả sử động có Pdm=5.5KW Udm=220 V n=4500 v/phút J=0.5 Kg.m2 mômen định mức : Mdm M dm = Pdm 55000 = * 9.55 = 116.72 Nm ω dm 4500 Ru = 0.5(1 − η ) ta có ω dm = U dm I dm U dm − Ru I dm (0.5 + 0.5η dm )U dm = KΦ dm KΦ dm ⇒ KΦ dm = (0.5 + 0.5 * 0.95) * 220 = 0.455 4500 / 9.55 dòng định mức: Idm I dm = M dm 116.72 = = 255 A KΦ dm 0.455 Điện trở phần ứng: Ru = 0.5(1 − η ) U dm 220 = 0.5(1 − 0.95) = 0.205Ω I dm 255 Điện trở Rcb = U dm 220 = = 0.863Ω I dm 255 Mơ hình động cơ: Từ phương trình ta có mơ hình động sau: ... điểm cơng nghệ 1.1.Máy cán nóng liên tục 1.2.Đặc điểm máy cán nóng liên tục 1.3 .Các đặc trưng 2 .Điều chỉnh tốc độ động máy cán nóng liên tục CHƯƠNG III.TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÁY CÁN NĨNG LIÊN... ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CƠNG NGHỆ CÁN 1 .Khái niệm chung 2.Máy cán 2.1.Cấu tạo chung 2.2.Phân loại 3 .Các thông số điều kiện cán 3.1 .Các thơng số 3.2 Điều kiện cán CHƯƠNG II.CƠNG NGHỆ CÁN NĨNG LIÊN... truyền động cho trục cán trường hợp tốc độ động điện không phù hợp với tốc độ trục cán ta có thêm hai thành phần là: - Hộp giảm tốc - Hộp tăng tốc + Ở máy cán đòi hỏi tốc độ ổn định động điện hộp tốc