thiết kế hệ thống truyền động thyriotor cho truyền động ăn dao của máy doa ngang

Thiết kế tốt nghiệp Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp Họ và tên: Khoá : Ngành học : Thiết bị điện - điện tử I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: U đm = 220 v , P đm = 2,7 Kw, d đm = 1500 V /ph, P O = 4% P đm , đm = 0,86. Lới đơn xoay chiều 220/380 V - 50Hz Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000 Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%. III. Nội dung các thuyết minh và tính toán; 1/ Giới thiệu các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2/ Khái quát các phơng án chỉnh lu dòng dùng Thyristor 3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực 4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở 5/ Thiết kế mạch điều khiển hệ kín theo phơng pháp 2 mạch vòng tối u moodul. IV. Các bản vẽ đồ thị: 05 bản vẽ Ao lờI NóI ĐàU Điện năng là nguồn năng lợng đợc sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy điện một chiều nói riêng. Nó đợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là động cơ điện một chiều đợc dùng nhiều trong các ngành nh cán thép, hầm mỏ, giao thông, vận tải. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao, bảo dỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhng do các đặc tính u việt về tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy điện khác khó có thể có đợc. Cùng với u điểm về khởi động, đổi chiều quay và có thể chịu quá tải cao, những u điểm quan trọng trên với sự phát triển của kỹ thuật điện tử bán dẫn đã khắc - 1 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp phục đợc sự hạn chế về nguồn một chiều và công nghệ điều khiển động cơ một chiều cũng hiện đại hơn góp phần tích cực trong nền công nghiệp sản suất. Với tầm quan trọng của công nghệ điều khiển tự động động cơ một chiều nói trên, em chọn đề tài này mong muốn đợc hiểu biết một phần trong công nghệ điều khiển tự động, để sau khi ra trờng em có thể góp một phần nhỏ xây dựng nền công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc. Đồ án tốt nghiệp của em gồm 06 phần: Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao Phần 2: Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập Phần 3: Khái quát các phơng pháp chỉnh lu dùng Thyistor Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạch động lực. Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lu Thyristor vòng hở. Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phơng pháp 02 mạch vòng tối u Module. Em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn Cao Văn Thành. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hớng dẫn em tận tình. Do thời gian và trình độ của bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhng đồ án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong đợc sự chỉ bảo các thầy cô để đồ án của em đợc hoàn thiện hơn. Phần I: Khái quát máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao I. Khái niệm Máy cắt kim loại đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác nhất định về kích thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại. II. Máy doa ngang Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính xác và độ bóng cao. - 2 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng của máy đợc mô tả nh sau: Trên bệ máy 1 đặt trụ trớc 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ máy. ụ trục chính có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phơng ngang. Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. III. yêu cầu đối với máy doa 1 truyền động chính: Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thờng sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. 2 Truyền động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1. Lợng ăn dao đợc điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ữ 600mm/ph. Khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ữ 3m/ph. Lợng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu đợc giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. - 3 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động. Phần II - Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều. I. Khái niệm chung: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phơng pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục động điện. Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay động cơ, ngời ta xây dựng nên đặc tính = f (M) gọi là đặc tính cơ. II. - Phơng trình đặc tính động cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập: Từ sơ đồ này ta có phơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng: U = E + RI (1-1) U : Điện áp phần ứng (V) E : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1 R : Điện trở của mạch phần ứng () Sức điện động E đợc xác định bởi biểu thức : == K a pN E u 2 (1-2) Trong đó: P: Số đôi cực N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng - 4 - Thiết bị điện điện tử U U KT Thiết kế tốt nghiệp : Từ thông kích từ dới 1 cực từ (Wb) : Tốc độ góc (rad/s) a pN K 2 = hệ số cấu tạo động cơ Từ (1-1) và (1-2) ta có = K IRU uuu (1-3) Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đợc xác định theo công thức: M đt = K I (1-4) Từ đó ta có M đt K Thay vào (1-3 ) ta đợc: U RM đt K (K) 2 Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ U R K (K) 2 Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Đồ thị của phơng trình (1-6) - Cắt trục hoành tại U R - Cắt trục tung tại U K Hình 2 - 5 - Thiết bị điện điện tử I = = - (1-5) = - M (1-6) M nm = K O = O M nm M Thiết kế tốt nghiệp - Độ dốc của đờng đặc tính: R M (K) 2 O : Tốc độ không tải lý tởng : Độ sụt tốc III. Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: 1/ Khi điều chỉnh tốc độ ngời ta đa ra một số các chỉ tiêu sau: * Sai số tốc độ: Là đại lợng đặc trng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và th- ờng đợc tính theo %: đ - đ Trong đó: đ : Tốc độ đặt : Tốc độ làm việc thực * Độ trơn: Đợc định nghĩa: i + 1 i Trong đó: i + 1 : Giá trị tốc độ ổn định đạt đợc ở cấp kế tiếp (i+1) i : Giá trị tốc độ ổn định đạt đợc ơ cấp i * Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho: max min Dải điều chỉnh căn cứ vào M đm và M nm Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu khác nh chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến Hình 3 - 6 - Thiết bị điện điện tử = s% = 100% = D = TN M đm M nm =(1,5-2)M đm M Thiết kế tốt nghiệp 2/ Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập: * Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng Nguyên lý: Chúng ta đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng lên thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) Phơng trình cơ bản U (R + R f ) K (K) 2 = O - Ta thấy khi cha có R f tốc độ là tốc độ định mức tơng ứng với đờng ĐTC tự nhiên. Khi thêm R f1 đờng ĐTC Hình 5 chuyển xuống dốc lớn hơn đờng ĐTC Tn, tiếp tục thêm R f2 ĐTC càng dốc. Nó bị chận dới tại nm và chặn trên tại đm Phơng pháp này O không đổi, đợc thay đổi liên tục. Phơng pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp đặc tính và tốc độ nhảy cấp. * Ưu, nhợc điểm: Ta thấy: Công suất nhận từ lới UI đc = M + (R + R f )I 2 đc = M + RI 2 đc +P f - Khi thấy R f càng tăng R f tăng tổn hao điện trở phụ lơn tính kinh tế không cao - 7 - Thiết bị điện điện tử Ư R f K1 K2 KT Hình 4 = - M đm 1 2 nm TN R f1 R f1 +R f2 M nm M Thiết kế tốt nghiệp - Là phơng pháp có vốn đầu t chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện nay không sử dụng phơng pháp này * Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ: Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điều khiển từ thông của động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ M = K.I Và sức điện động quay của động cơ: E = K : Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm bằng cách thêm điện trở. Hiện nay cuộn dây kích từ đợc cấp Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay đổi ta thay đổi dòng kích từ I KT tỉ lệ với e k d r b + r k dt Trong đó: r b : Điện trở dây quấn kích thích r b : Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6 k : Số vòng dây quấn của dòng kích thích. Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ định mức. Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức: (K) 2 - 8 - Thiết bị điện điện tử I k = + k M M dm M I max ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên 2 1 đm + - I E r k W k r bk I k Thiết kế tốt nghiệp K Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cầu của máy điện k kb k C rr C iC + == . Hình 8 * Đánh giá: - Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ữ 3) đm , lý thuyết có thể tăng hơn nhng thực tế không tăng đợc vì phần cơ máy không chịu nổi. - Sai số: Dùng phơng pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đờng ĐTC tự nhiên sai số nhiều hơn - Độ trơn: : đợc điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá nguồn điện áp. Cả hai phơng pháp này cho phép điều khiển liên tục bởi đờng kích từ chỉ chiếm (2ữ5)%I. - Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển tốc độ động cơ bằng chỉ áp dụng loại có tải P không đổi. * Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng: Nguyên lý: Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (U) động cơ điện một chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn nh máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ biến đổi, v v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành điện một chiều có sức điện động E đợc điều khiển bởi U đk . Các bộ phận có R b và L b . Hình 9 Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ở chế độ xác lập có thể viết đợc phơng trình đặc tính của hệ thống nh sau: E b - E = I(R b + R đ ) E b R b + R đ K đ K đ - 9 - Thiết bị điện điện tử L k (U đk ) I kk BBĐ Đ LK U đk E b (U đk ) U E R b R đ = - I = hay * = ( * ) 2 kết quả ta có điện tích cảm ứng Thiết kế tốt nghiệp M Vì từ thông của động cơ đợc giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông cũng đợc giữ nguyên ở các giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là : M đm M đm Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh phải có momen ngắn mạch là: M nmin = M c max = K M .M đm Trong đó K M là hệ số quá tải về moomen Vì đặc tính là những đờng song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng điều khiển có thể viết 1 M đm M đm Omax . M đm (K M - 1).M đm / K M - 1 - 10 - Thiết bị điện điện tử = O (U đk ) - max = Omax - min = Omin - min = (M nmmin - M đm ) = (K M - 1 ) Omax - - 1 D = = Omax max Omin min đk1 đk i M,I M đm M nmmin [...]... chính: a Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ L s U KT b Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông không đổi) - 19 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp ~ L t n U n kt t c Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng cl 1 L u kt cl 2 d truyền động. .. dơng, tín hiệu logic b2 tính cho FX2 mở ĐB2 với góc 2 > /2 và sao cho dòng phần ứng không vợt quá giá trị cho phép, động cơ đợc tái sinh, nếu nhịp điệu giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện bám và dòng điện khởi động ngợc không đổi, điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống - 22 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp t 1 0 iLđ t1... mở, còn khoá theo điện áp lới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và phức tạp Cấu trúc mạch lực cũng nh cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn cao và logic điều khiển chặt chẽ VI Truyền động Tiristo - động cơ 1 chiều có đảo chiều quay Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều - Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ - Giữ nguyên chiều dòng... nó cho ta chất lợng điện áp tốt hơn so với tia 3 pha, còn các chỉnh lu 1 pha không thực hiện đợc Để đảo chiều quay của động cơ: ta chọn phơng pháp dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng Sơ đồ mạch động lực đợc biểu diễn nh hình sau: a b c t2 t1 t4 t3 t6 t5 t7 t8 t9 t10 t11 t12 l u kt II Tính toán mạch động lực - 26 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp * Các thông số cơ bản của động. .. chỉ có 1 bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lu, còn bộ biến đổi lu làm việc ở chế độ đợi - 23 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp KCB LCB id1 icb E i a b c L ii R BĐ2 BĐ1 LCB Icb LCB id1 Đặc tính điều khiển của BĐ1 là dòng I, đờng II là của BĐ2 Giả thiết 1 < /2; 2 < /2 sao cho E d 1 E d 2 thì dòng điện chỉ có thể chảy từ BĐ 1 sang động cơ mà không thể chảy từ BĐ1 sang động cơ mà không chảy từ BĐ... chung Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp u kt e Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung: u kt Mỗi loại đều có những u nhợc điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu cầu công nghệ - Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều - Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp - Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiều lớn - Loại d,e: Dùng cho. .. xuất hiện giá trị trung bình của dòng cân bằng, song giá trị tức thời của sđđ các bộ chỉnh lu Cd1(t), Cd2(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng Để hạn chế biên độ dòng cân bằng thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb - 25 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp Phần IV: Lựa chọn và tính toán mạch động lực I Lựa chọn sơ đồ thiết kế Sau khi phân tích một số... năng lợng là tổn hao trong mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ Eb = E + I ( Rb + Rđ) IEb= I E + I2 ( Rb + Rđ) Nếu đặt Rb + Rđ = R thì hệ số biến đổi năng lợng của hệ sẽ là: = IE I E + I2 R = + [ MR/(Kđm)2] 1 x=0 M Hình 11 * x=-1 1 Nhận xét: - Giải điều khiển có thể đạt 5 ữ 10, nếu đờng đặc tính càng dốc thì giải điều khiển càng phức tạp - 11 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế. .. đờng kính trụ a = 6,5 cm, ta có số bậc là 3 trong tiết diện trụ (sách thiết kế máy biến áp) 3 2 1 41 Toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ: - 34 - Thiết bị điện điện tử Thiết kế tốt nghiệp Qtb = 2 (1,2.5,5 + 0,8.4,5 + 0,5.3) = 23,4 42 Tiết diện hiệu quả của trụ: QT = Khq Qtb = 0,95 23,4 = 22,23 43 (cm2) Tổng chiều dài các bậc thang của trụ dt = 2(1,2 + 0,8 + 0,5) = 5,0 44 (cm2) (cm) Số lá thép dùng trong... luôn nhỏ hơn sai số cho phép Sai số tơng đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là: Omin - min s= Omin = s= Omin Mđm Omin Nếu các giá trị Mđm, Omin, sCD là xác định thì có thể tính đợc giá trị tối thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vợt quá giá trị cho phép trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích đợc giữ nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không . thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại. II. Máy doa ngang Máy doa ngang dùng để gia. nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích