thiết kế trang bị điện cho truyền động trục chính máy tiện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thiết kế trang bị điện cho truyền động trục máy tiện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Lời nhận xét giáo viên hướng dẫn ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Lời nhận xét giáo viên phản biện ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………… GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN 1.1 Đặc điểm công nghệ máy tiện 1.2 Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt máy tiện 1.2.1 Tốc độ cắt 1.2.2 Lực cắt : 1.2.3 Công suất cắt : 1.2.4 Thời gian máy : 1.3 Phụ tải cấu truyền động máy tiện 1.3.1 Trong truyền động máy tiện lực cắt lực hữu ích máy phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao 1.3.2 Cơ cấu truyền động ăn dao : 10 1.3.3 Phụ tải cấu truyền động máy tiện : 12 Chương 13 TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN 13 2.1 Quá trình chọn công suất động 13 2.2 Phương án chọn công suất động cho hệ truyền động 14 2.3 Tính chọn cơng suất động 16 2.3.1 Số liệu ban đầu : 16 2.3.2 Xác định vận tốc cắt 16 2.3.3 Xác định lực cắt 17 2.3.4 Xác định lực ma sát lực kéo : 18 2.3.5 Xác định mô men trục máy : 19 2.3.6 Xác định công suất cắt : 20 2.3.7 xác định hiệu suất ứng với nguên công 21 2.3.8 Xác định công suất trục động : 23 2.3.9 Xác định thời gian máy : 24 2.3.10 Lựa chọn động truyền động 25 2.3.11 Kiểm nghiệm động 26 2.3.12 Đồ thị phụ tải truyền động trục máy tiện 27 Chương 28 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 28 3.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) 28 3.2 Hệ thống máy phát động F - Đ với phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) 29 3.2.1 Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ 29 GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện 3.2.2 Hệ thống F- Đ với âm dịng có ngắt 30 3.2.3 Đánh giá hệ thống F- Đ 30 3.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động (T-Đ) 31 3.3.1 Sơ đồ hệ thống 31 3.3.2 Đánh giá hệ thống 32 3.4 Lựa chọn phương án truyền động 32 Chương 34 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 34 4.1 Tính chọn thiết bị mạch lực 34 4.1.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực 34 4.1.2 Lựa chọn phương án đảo chiều 40 4.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực hệ truyền động 42 4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 45 4.2.1 Khái quát chung 45 4.2.2 Thiết kế mạch cụ thể 48 4.2.3 Khâu tạo xung: 56 4.2.4 Mạch tạo điện áp chủ đạo 63 4.2.5 Mạch lấy tín hiệu phản hồi dịng điện có ngắt 63 4.2.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ 64 4.2.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều 65 Chương 66 ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 66 5.1 Tính tốn thơng số 66 5.1.1 Các tham số 66 5.1.2 Hệ số khuếch đại động 66 5.1.3 Hệ số khuếch đại biến đổi kb 66 5.1.4 Hệ số khuếch đại trung gian 67 5.1.5 Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) toàn hệ thống 68 5.2 Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống 69 5.2.1 Khái niệm chung 69 5.2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chế độ tĩnh 69 5.2.3 Kiểm tra ổn định hệ thống chế độ tĩnh 70 5.3 Khảo sát chế độ động hệ thống 71 5.3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc 71 5.3.2 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi tốc độ 73 5.3.3 Kiểm tra ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Routh 75 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện LỜI NÓI ĐẦU Trong trình học tập trường em học môn học Trang Bị Điện, để củng cố kiến thức mơn học có nhiều đề tài môn học cho máy khác nhau.Em nhân đề tài: Thiết kế trang bị điện cho truyền động trục máy tiện Thiết kế truyền động máy tiện việc làm khó ,trong thời gian làm đồ án vừa qua, với cố gắng nỗ lực thân với giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo mơn TBĐ, đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh, em hồn thành xong đồ án mơn học Đề tài bao gồm phần : - Tổng quan máy tiện - Tính chọn cơng suất động cho truyền động trục máy tiện - Phân tích lựa chọn phương án truyền động - Tính chọn thiết bị mạch động lực hệ thống điều khiển - Xét tính ổn địng hiệu chỉnh hệ thống Trong trình thiết kế đồ án, với kiến thức hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận xét góp ý thầy cô giáo để thiết kế em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Vinh ngày 18 tháng năm 2012 Sinh Viên Nguyễn Văn Ngọc GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Chương TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN 1.1 Đặc điểm cơng nghệ máy tiện Hình 1.1: Hình Dạng bên ngồi máy tiện Nhóm máy tiện đa dạng, gồm máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện thực nhiều cơng nghệ tiện khác : Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện cơn, tiện định hình Trên máy tiện thực doa, khoan tiện ren, dao cắt, dao doa, tarơ ren Kích thước gia cơng máy tiện từ cở vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng) : Thân máy : Ụ trước : Bàn dao : Ụ sau Hình 1.2: Các phận máy tiện Chuyển động máy tiện làm việc chế độ dài hạn, chuyển động quay mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục bàn dao Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao ụ sau, kéo phôi,bơm nước, nâng hạ, kẹp nới xã v.v máy cở nhỏ, người ta thường dùng động lồng sóc để kéo truyền động Loại động có ưu điểm mặt kinh tế ,đơn giản đặc tính cứng Điều chỉnh tốc GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện độ phương pháp khí, phạm vi khơng rộng Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động lồng sóc hai hay nhiều tốc độ Một đặc điểm máy tiện cở nặng yêu cầu điều chỉnh tốc độ động phạm vi rộng Vì phần nhiều người ta dùng động địên chiều kết hợp với tốc độ 3- 4cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí thực hịên cách thay đổi từ thông động cơ, phương pháp điều chỉnh vùng 1.2 Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt máy tiện 1.2.1 Tốc độ cắt Là tốc độ di chuyển tương đối bàn dao so với chi tiết điểm tiếp xúc Đây thông số để xác đinh chế độ làm việc máy để tính tốn chế độ cắt gọt máy, phụ thuộc vào yếu tố vật liệu làm dao chi tiết gia công - Lượng ăn dao : S (mm/vg) - Chiều sâu cắt : t (mm) - Tuổi thọ dao : T Tốc độ cắt xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm : Vz  CV , ( m / ph) T m t xV S yV Trong : - t chiều sâu cắt , - T tuổi thọ (độ bền) dao, - S lượng ăn dao chi tiết quay vòng - CV, xV, yV, m hệ số mủ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm giao phương pháp gia công Vật liệu gia công gang, thép 45 vật liệu làm giao thép hợp kim cường độ cao, nên chọn CV = 40 - 260 > lấy CV = 200 ; xV = 0,15 - 0,2 chọn : xV = 0,2 ; yV = 0,35 - 0,8 chọn : yV = 0,35 ; m = 0,1 - 0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 - 80 ph chọn: T = 60 ph Để đảm bảo suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhât q trình gia cơng phải ln đạt tốc độ tối ưu, xác định thơng số : độ sâu cắt t, lượng ăn dao S tốc độ trục ứng với đường kính chi tiết xác định Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, q trình gia cơng đường kính chi tiết giảm dần, để trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu số phải tăng liên tục tốc độ góc trục theo quan hệ GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện V z  0,5.d ct  ct 60.10 3 , ( m / ph ) Trong : - dct - đường kính chi tiết (mm), - ct - tốc độ góc chi tiết (rad/s) 1.2.2 Lực cắt : Là lực tác động điểm tiếp xúc dao chi tiết, lực đẩy điểm tiếp xúc gọi lực pháp tuyến chia làm ba thành phần : - Lực tiếp tuyến Fz : chống lại quay chi tiết, - Lực dọc trục FX : chống lại di chuyển bàn dao - Lực hướng kính FY : Chống lại tì dao chi tiết Tỉ lệ thành phần lực : Fz : FY : FX = : 0,4 : 0,25 Hình 1.3: Các loại lực cắt Lực cắt thông số quan trọng xác định từ chế độ cắt máy Thông thường lực cắt xác định theo công thức kinh nghiêm : n FZ  9,81.C F t x F S y F VZ (N) Trong : CF , XF , YF , n hệ số mủ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết gia công phương pháp gia công 1.2.3 Công suất cắt : Là công suất yêu cầu cấu chuyển động Q trình tiện xẩy với cơng suất cắt số xác định FZ VZ , (kW ) 60.10 Bởi lực cắt lớn Fmax sinh lượng ăn dao độ sâu ăn dao lớn, tương ứng vưói tốc độ cắt nhỏ Vzmin ; gọi lức cắt nhỏ Fmax ,xác định t, s tương ứng với tốc độ cắt Vzmin ; nghĩa tương ứng với hệ thức : Fmax Vzmin = Fmin Vzmax Sự phụ thuộc lực cắt vào tốc độ hình vẽ : PZ  GVHD: Trần Duy Trinh Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Hình 1.4 Quan hệ lực cắt tốc độ cắt 1.2.4 Thời gian máy : Là thời gian để gia cơng chi tiết, cịn đợc gọi thời gian công nghệ hay thời gian hữu ích Để tính thời gian máy phải vào yếu tố chế độ cắt gọt phương pháp gia công tM  L.10 3 , (s) Vad tM  L , ( ph) n.S Trong : - L - chiều dài gia công, - Vad - tốc độ ăn dao, - S - lượng ăn dao - N - tốc độ quay chi tiết vg/ph Như để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao suất tăng 1.3 Phụ tải cấu truyền động máy tiện 1.3.1 Trong truyền động máy tiện lực cắt lực hữu ích máy phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao Chuyển động máy tiện chuyển động quay xác định : MZ  FZ d , ( Nm) Trong : - FZ lực cắt (N), - d đường kính gia cơng (m) Mơ men hữu ích trục động : M hi  GVHD: Trần Duy Trinh FZ d , ( Nm ) 2.i Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện i tỉ số truyền từ trục động đến trục máy  Đối với chuyển động chuyển động tịnh tiến : Mhi = FZ  (N.m)  bán kính quy đổi lực cắt trục động  Mô men cản tỉnh trục động : Mc  M hi ( N m)   - hiệu suất truyền từ trục động đến trục Với máy tiện đứng có chuyển động trượt băng máy nên có xuất lực ma sát nơi gờ trượt máy Fms = FN  = [g (mb + mct ) + Fy ]  (N) FN - lực đẩy tác dụng lên gờ trượt  : - hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp tốc độ định mức  chế độ xác lập lực kéo chuyển động mâm cặp xác định tổng lực cắt lực ma sát FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ]  (N) Khi mơ men trục động ứng với chuyển động quay là: Mc  FK d ( N m) 2i. chuyển động tịnh tiến : Mc  GVHD: Trần Duy Trinh Fz  ( N m)  Trang SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện C3 Đồ án trang bị điện R19 R18 D5 D D Tr - U®kN IC3 WR + R21 c b a C D4 D6 D2 R20 + 15 V - 15 V - U®kT IC5 + Hình 4.25: Sơ đồ mạch lấy tín hiệu dịng điện có ngắt Chọn điều chỉnh PI với IC3 hình 4.15, IC3 khuếch đại thuật tốn Tín hiệu phản hồi dịng lấy điện trở điều chỉnh WR2 thơng qua biến dịng chỉnh lưu cầu pha Máy biến dòng TI nhằm cách ly mạch động lực mạch điều khiển Điện áp TI chỉnh lưu nhờ cầu chỉnh lưu ba pha (để đảm bảo cho dòng điện cuộn thứ cấp TI dòng điện xoay chiều) - Nguyên lý làm việc: Khi Iư  Ing, điện áp đầu IC2 có dấu dương nên diode khố, mạch phản hồi chưa có tác dụng Khi Iư  Ing, điện áp có giá trị âm, lúc mạch phản hồi dòng tham gia khống chế góc mở  làm giảm dịng phần ứng 4.2.6 Khâu tổng hợp mạch vòng phản hồi âm tốc độ C4 R23 R22 WR3 - FT IC + Hình 4.26: Mạch lấy tín hiệu phản hồi tốc độ + Ta thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao độ đặc tính Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định tốc độ hệ truyền động vừa tự động điều chỉnh gia tốc hệ khởi động Tốc độ động truyền đến máy phát tốc Máy phát tốc máy phát điện chiều có điện áp tỉ lệ tốc độ động Tín hiệu phản hồi âm tốc độ (n) GVHD: Trần Duy Trinh Trang 64 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện lấy từ máy phát tốc FT nối với động Tín hiệu tỉ lệ tuyến tính với tốc độ động + Ở ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại thuật toán 4.2.7 Thiết kế mạch nguồn nuôi chiều +15 V 7815 BA D1 D3 D5 D4 D6 C7 + - C6 D2 + - -15 V 7915 Hình 4.27: Sơ đồ mạch nguồn nuôi chiều Nguồn nuôi tạo điện áp  15 (V) để cấp nguồn nuôi IC, điều chỉnh dòng điện, tốc độ điện áp đặt tốc độ Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng điốt Điện áp thứ cấp cuộn dây a1, b1, c1 máy biến áp : U 21  20  14,18 V , chọn 15 (V) Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7815 7915 có thông số chung: - Điện áp đầu vào: UVào =  35 (V) - Điện áp đầu ra: IC 7815 có Ura = 15V; IC 7915 có Ura = - 15 (V) - Dòng điện đầu ra: Ira =  (A) - Sụt áp nhỏ IC 7815 U = (V) + Ud = 15 - = 11 (V) ; U  11  13,75 (V ) 0,8 Ta chọn U2 = 15 (V) + Tụ C6, C7 dùng lọc thành phần sóng dài bậc cao Chọn tụ có điện dung : C = 470 F, U = 35 (V) GVHD: Trần Duy Trinh Trang 65 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Chương ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 5.1 Tính tốn thơng số 5.1.1 Các tham số + : Hệ số phản hồi âm tốc độ  = 0,0682 + R : Tổng điện trở mạch phần ứng R  = 0,105 () + Iư: Trị số dòng điện tải, tính theo dịng định mức động + Iưđm = 223 (A) + KĐ: Hệ số khuếch đại động 5.1.2 Hệ số khuếch đại động Ta có: k Đ  nđm 1 1000     4,6 k e C eđm U đm  R I đm 220  0,105.25,2 5.1.3 Hệ số khuếch đại biến đổi kb Để tính hệ số khuếch đại biến đổi (Kb) 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 k b  tg  U d U đk Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f()  = f(Uđk) * Xây dựng quan hệ Ud = f(): + Coi hệ thống làm việc chế độ dòng điện liên tục: Ud = Ud0.cos Trong đó: + Ud0 = 241,38 điện áp chỉnh lưu không tải biến đổi +  góc điều khiển Cho  biến thiên từ  = (0  /2) ta trị số Ud lập thành bảng sau: Bảng 5.1: Quan hệ góc mở  điện áp Ud  Ud (V) GVHD: Trần Duy Trinh /12 /6 /4 /3 /2 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 Trang 66 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện * Xây dựng quan hệ  = f(Uđk) + Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) giá trị góc điều khiển  thay đổi theo Ứng với (Uđk) khác ta nhận giá trị  Căn vào đồ thị Uđk điện áp tựa Urc, ta thấy góc  biến đổi theo Uđk với quy luật sau: = U  2 (1  dk )  U dk  U rc (1  ) Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán U rc  tín hiệu Urcmax =  14 (V) nên biên độ cực đại Urc Urcmax = 14 (V) Song thực so sánh Urc dịch cho Urc =  = /2, nghĩa ta sử dụng nửa biên độ cực đại Urc  Uđk = U rc max 2 2 (1  )    f (1  ) Cho  biến thiên từ    = (0  /2) ta trị số Uđk lập thành bảng : Bảng 5.2: Quan hệ góc mở  điện áp Uđk  /12 /6 /4 /3 /2 Uđk (V) 5,83 4,7 3,5 2,33  Quan hệ Ud = f(Uđk): Bảng 5.3: Quan hệ Ud điện áp Uđk Ud 241,38 221,94 209,04 170,68 120,69 5,83 4,7 3,5 2,33 Uđk (V) + Ta có: kb = U d 241,38  120,69   25,84 U dk  2,33 5.1.4 Hệ số khuếch đại trung gian + Ta có thơng số có: Bảng 5.6: Các thơng số có: kb  Iư(A) R() KĐ St(max) D nđm(v/p) 25,84 0,0682 223 0,105 3,052 5% 6,67 600 GVHD: Trần Duy Trinh Trang 67 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện + thay giá trị vào (7) ta được: k  I u R k Đ (1  S t ).D   223.0,105.3,052.(1  0,05).6,67    1   1  206,66   0,0682  0,05.600 S t nđm     + Vậy hệ số khuếch đại trung gian kTG là: Ta có k = kI.kn = kTG.kb.kĐ  kTG  k 206,66  2,62  kTG  25,84.3,052 k b k Đ 5.1.5 Hệ số khuếch đại yêu cầu (kyc) tồn hệ thống Ta có: kyc = kTG.kb kĐ. = 2,62.25,84.3,052.0,0682 = 14,10 + Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại KYC = 14,10 Để thực mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán A741 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 GVHD: Trần Duy Trinh Trang 68 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện 5.2 Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống 5.2.1 Khái niệm chung Khảo sát chế độ tĩnh hệ thống tiến hành nhằm mục đích để kiểm tra độ cứng đặc tính hệ thống Xem có đảm bảo sụt tốc độ tương đối hay khơng qua mơ tả q trình diễn biến hệ thống chế độ làm việc nó, từ đánh giá chất lượng tĩnh hệ thống truyền động máy bào giường Việc khảo sát chễ độ tĩnh hệ thống máy bào giường thực thông qua việc xây dựng đặc tĩnh hệ thống Xây dựng đặc tĩnh hệ thống xây dựng quan hệ tốc độ với mômen [n = f(M)] quan hệ tốc độ với dòng điện [n = f (I)] Thơng thường xây dựng đặc tĩnh điện [n = f(I)], dịng điện qua động phản ánh trực tiếp chế độ tải Khi xây dựng đặc tính tĩnh, hệ thống truyền động điện có phần tử làm việc vùng phi tuyến vùng tuyến tính nên ta cần có giả thiết - Động làm việc dài hạn với mạch từ chưa bão hoà - Hệ số khuếch đại biến đổi = const - Tiristor phần tử làm việc khơng có qn tính - Điện trở mạch phần ứng khơng thay đổi suốt q trình làm việc 5.2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chế độ tĩnh Căn vào hệ thống thiết kế ta có sơ đồ cấu trúc sau U c® kI kn (-) Uđk kb Eb EĐ kĐ n (-) Rb + R­  Id  Trong đó: Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống + Ucđ: Tín hiệu điện áp đặt tốc độ (điện áp chủ đạo) + kn: Hệ khuếch đại tốc độ + kI: Hệ khuếch đại dòng điện + kb: Hệ số khuếch đại biến đổi Kb = 10,07 + kĐ: Hệ số khuếch đại động chiều KĐ = 3,052 GVHD: Trần Duy Trinh Trang 69 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện + : Hệ số phản hồi tốc độ + : Hệ số phản hồi dòng điện Ở ta sử dụng xen xơ dòng điện cò hệ số phản hồi  = 0,04 + Rb + Rư : Điện trở biến đổi điện trở mạch phần ứng( Sử dụng biến đổi cầu pha có điện trở Rb  () ) + Từ sơ đồ ta có trường hợp: - TH1: Khi hệ thống có khâu phản hồi âm tốc tham gia n u cđ k Đ k I k n k b ( R  Ru ) I u k Đ U cđ k TG k b k Đ ( Rb  Ru ) I u k Đ  b     k n k I k b k Đ   k n k I k b k Đ   k   k - TH2 : Khi hệ thống có hai khâu phản hồi âm tốc âm dịng có ngắt tham gia : (U cđ k n   I ng )k Đ k I k b ( Rb  Ru   k I k b ) I u k Đ n    k n k I k b k Đ   k n k I k b k Đ (U cđ k n   I ng )k Đ k I k b ( Rb  Ru  k I k b ) I u k Đ     k   k - TH3 : Khi hệ thống có âm dòng tham gia n  (U rbh   I ng )k I k b k Đ  ( Rb  Ru   k I k b ) I u k Đ 5.2.3 Kiểm tra ổn định hệ thống chế độ tĩnh Sai lệch tốc độ tương đối lớn xảy đường đặc tính thấp Vậy kiểm tra nghiệm chế độ tính đường giới hạn Tốc độ động đường đặc tính thấp nhất: nmin  nđm 1000   149,93(v / p ) (ở chọn D = 3) D 6,67 Tốc độ không tải động đường đặc tính thấp nhất: n0  U cđ k 11.206,66   150,6(v / p )   k  0,0682 206,66 Trong đó: U cđ  n (1   k )  I đm R k Đ 149,93.(1  0,0682.206,66)  25,2.0,105.4,6   11(V ) k 206,66 Vậy ta có: n%  GVHD: Trần Duy Trinh n0  nmin 150,6  149,93 100%  100  0,66(%) n0 150,6 Trang 70 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Theo yêu cầu hệ thống thấy rằng: n% = 0,66% < [n%] = 5% Hệ thống đảm bảo chất lượng tĩnh 5.3 Khảo sát chế độ động hệ thống 5.3.1 Xây dựng sơ đồ cấu trúc + Sơ đồ cấu trúc hệ thống Ic (p) U c® (p) Wn (p) Wi (p) (-) U ®k(p) (-) kb p + U d (p) (-) 1/R d T e P + Id (p) (-) Rd T mP n(p) Ed (p) k§   Hình 5.2: Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống + Ở + số thời gian điện từ động cơ: Te  Ld 0,742 3  10  0,0071s  Rd 0,105 +Hằng số thời gian điện cơ: Tm  GD Rd  375C e đm C m đm 10 2.0,105  0,027s  60 375.0,328 .0,328 2 + Chỉnh lưu cầu pha nên thời gian trễ:  = 0,00167(s) 5.3.1.1 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi dòng điện + Ở ta bỏ qua nhiễu phụ tải (Mc(p) =  Ic(p) = 0) + Ta thấy Tm > Te nên thay đổi dòng điện nhanh thay đổi tốc độ(hay sức điện động) xét cho mạch vịng dịng điện ta bỏ qua tác dụng sức điện động EĐ sơ đồ cấu trúc hệ thống có sơ đồ sau: U v (p) Wi (p) U ®k(p) (-) kb p + U d (p) 1/R d T e P + Id (p)  Hình 5.3: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện GVHD: Trần Duy Trinh Trang 71 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện + Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình : Wi (p) (-) k b.1/R d Id (p) (p + )( T e P + 1) Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện dạng điển hình * Lựa chọn sơ đồ cấu trúc điều chỉnh + Hàm truyền đối tượng : Wđt ( p )   k b / Rd 0,04.25,84.1 / 0,105 9,84   (p  1)(Te p  1) (0,00167 p  1)(0,0071 p  1) (0,00167 p  1)(0,0071 p  1) + Ta thấy khâu phản hồi âm dòng điện tham gia vào hệ thống xảy trình độ, thời gian tham gia khâu nhỏ cần phải có độ xác cao Do ta hiệu chỉnh thàn hệ thống điển hình loại I  p 1 + Theo tối ưu modul ta có: (PI) Wi ( p)  k pi i i p + Tổng hợp tham số: i = Te = 0,0071(s)  Wi ( p)  k pi 0,0071 p  0,0071 p + Hàm truyền hệ thống sau ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại dòng điện:  WI ( p )  Wi ( p ).Wđt ( p)  9,84.k pi 0,0071 p (0,00167 p  1)  1385,9.k pi p(0,00167 p  1)  kI p(0,00167 p  1) Trong đó: kI = 24kpi + Ta chọn lượng điều chỉnh dòng điện imax %  % tra bảng ta lấy max% = 4,3  ta có quan hệ kT: .kI = 0,5  0,00167.1385,9kpi = 0,5  kpi = 0,217 + Kiểm tra điều kiện xử lý gần biến đổi:  ci   cb  - 1   199,6(rad / s ) 3 3.0,00167 Tra bảng quan hệ KT ta có:  ci  GVHD: Trần Duy Trinh 0,455 0,455   27,1   cb T1 0,0168 Trang 72 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện Cp Rp Uv ,Iv Rv - Iv Ur + Hình 5.5: Bộ điều chỉnh PI + ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 20()  R p  k p Rv  0,217.20  4,34(); C p   i 0,0071   0,355(mF ) Rv 20 + Ở Rv = R18 ; Rp = R19 ; Cp = C3 sơ đồ mạch phản hồi dòng điện 5.3.2 Xác định hàm truyền hệ thống phản hồi tốc độ 5.3.2.1 Đơn giản hóa sơ đồ cấu trúc + Biến đổi mạch vòng dòng điện thành khâu tương ứng U v (p)  kI (-) Id (p) P( p + 1) Hình 5.6: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình + Hàm truyền mạch vòng dòng điện: Wki ( p )  kI 1    0,0033 p  T1i p  p  k I T1i p 1 p  p 1 kI kI kI kI 299,   141(rad / s )  0,00167 - Điều kiện:  cn  - Tra bảng quan hệ KT ta có:  ci  0,455 0,455   27,1   cn T1 0,0168 Uv (p)  (-) 0,0033P + Id (p) Hình 5.7: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng dịng điện dạng điển hình GVHD: Trần Duy Trinh Trang 73 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện * Đơn giản hóa mạch vịng tốc độ: Ic (p) U c® (p) (-) Wn (p) (-) kI P +1 Rd T mP n(p) Ed (p) k§  Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ + Sơ đồ cấu trúc mạch vịng tốc độ dạng điển hình : Ucđ (p) k Đ.Rd Wn(p) n(p) T mP ( k1 P + ) (-) I Hình 5.9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ dạng điển hình 5.3.2.2 Lựa chọn sơ đồ cấu trúc điều chỉnh + Hàm truyền đối tượng : Wđt ( p )   k Đ R d 0,0682.3,052.0,105 0,81   0,027 p(0,0033 p  1) p (0,0033 p  1) Tm p ( p  1) kI + Ở mạch vịng tốc độ có nhiều nguồn phụ tải, yêu cầu chống nhiễu tốt + Mạch vịng tốc độ khơng tham gia vào q trình độ hệ thống + Do có nhiễu phụ tải mà sau phụ tải có khâu tích phân nên trước nhiễu phụ tải cần khâu tích phân  Do nguyên nhân mà cần hiệu chỉnh hệ thống thành hệ thống điển hình loại II * Theo tối ưu đối xứng: Wn ( p)  k pn n p 1 (PI) np + Tổng hợp tham số: n = h.Tn (Tn = 1/kI); Ở chọn h =   n  5.0,0033  0,0165(s) + Hàm truyền hệ thống sau ta chọn điều chỉnh PI làm khuếch đại tốc độ:  WII ( p )  Wn ( p).Wđt ( p )  + Ta có: k II  0,81.k pn (0,0165 p  1) p (0,0033 p  1) (*) h 1 1 36,36  0,81k pn   36,36  k pn   44,89 0,81 2h 0,0033 2.5 0,0033 GVHD: Trần Duy Trinh Trang 74 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện + Thay giá trị vào (*) ta được: 0,599 p  36,36 p (0,0033 p  1) WII ( p )  Wn ( p ).Wđt ( p )  Cp Rp Uv ,Iv Rv Iv - Ur + Hình 5.10: Bộ điều chỉnh PI + ta có quan hệ : kp = Rp/Rv ; i = Rv.Cp ; Chọn Rv = 20()  R p  k p Rv  44,89.20  897,8(); C p   n 0,0165   0,825(mF ) Rv 20 + Ở Rv = R22 ; Rp = R23 ; Cp = C4 sơ đồ mạch phản hồi tốc độ * Sơ đồ cấu trúc hệ thống sau ta chọn khuếch đại tốc độ dòng điện PI: Uc® (P) 0,599P + 36,36 P (0,0033P + 1) n(p) Hình 5.12: Sơ đồ cấu trúc hệ thống + Hàm truyền hệ thống : Wht ( p )  0,599 p  36,36 p (0,0033 p  1)  0,599 p  36,36  Wht ( p )  0,599 p  36,36 0,0033 p  p  0,599 p  36,36 5.3.3 Kiểm tra ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Routh + Nội dung tiêu chuẩn : Điều kiện cần đủ hệ thống điều khiển tuyển tính ổn định hệ số cột bảng Routh phải lớn + Thành lập bảng Routh : - Giả sử phương trình hệ thống sau : GVHD: Trần Duy Trinh Trang 75 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện k p n  k1 p n 1   k n a p n  a1 p n 1  a p n 2   a ( n 1) p  a n wht ( p )  + Ta có bảng Routh sau : a0 a2 a4 a6 a1 a3 a5 a7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 c0 c2 c4 c6 c1 c3 c5 c7  + Trong đó: + b0  a0 a2 a1 a3 a1  + b1  a1 a3 b0 b2 b0   a1 a  a0 a3 ; b2  a1 a 3b0  a1b2 ; b3  b0   a0 a4 a1 a5 a1 a1 a5 b0 b4 b0   a1a  a a a1 a 5b0  a1b4 b0 + Áp dụng vào hệ thống ta có bảng Routh sau: a0 a1 b0 b1 + : a2 a3 b2 b3 + a0 = 0,0033 ; a1 = 1; a2 = 0,599 ; a3 = 36,36  + b0  a0 a2 a1 a3 a1  a1a  a0 a3 1.0,599  0,0033.36,36   0, 479 a1  a3b0  a1b2  a3  36,36 b0 + b2 = 0; b3 =  + b1  a1 a3 b0 b2 b0 + Ta thấy tất hệ số cột bảng Routh lớn nên hệ thống ổn định chế độ động, không cần hiệu chỉnh hệ thống GVHD: Trần Duy Trinh Trang 76 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện KẾT LUẬN Hiện nay, việc ứng dụng thành tựu khoa học tiên tiến vào thực tế ngành sản xuất nước ta khơng cịn điều mẻ, song việc ứng dụng ứng dụng vào đâu lại vấn đề lớn cần giải Chính việc nghiên cứu triển khai thành tựu khoa học kỹ thuật đặc biệt hệ thống điều khiển tự động hóa vào thực tế mang ý nghĩa lớn Qua trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài em có kiến thức : Thiết kế hệ truyền động máy tiện Do điều kiện khách quan lượng kiến thức thân hạn chế nên chắn cịn thiếu sót, em mong nhận sử bảo thầy cô giáo, bạn bè để học hỏi thêm Một lần em xin chần thành cảm ơn thầy giáo Trần Duy Trinh thầy cô giáo môn nhiệt tình hướng dẫn, động viên tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án Sinh Viên Nguyễn Văn Ngọc GVHD: Trần Duy Trinh Trang 77 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường ĐHSPKT Vinh – Khoa Điện Đồ án trang bị điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] – Truyền động điện - Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn – NXB Khoa học kỹ thuật - 2001 [2] - Điều chỉnh tự động Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi – NXB khoa học kỹ thuật – 2004 [3] - Tài liệu hướng dẫn thiết kế thiết bị điện tử công suất – Trần Văn Thịnh - ĐH Bách khoa Hà Nội – 2000 [4] - Lý Thuyết điều khiển tự động - Phạm Công Ngô - NXB khoa học kỹ thuật - 2001 [5] - Điện tử công suất – Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh - NXB khoa học kỹ thuật GVHD: Trần Duy Trinh Trang 78 SVTH: Nguyễn Văn Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... ÁN TRUYỀN ĐỘNG 3.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát -động cơ(F-Đ) Hệ thống máy phát - động (F - Đ) hệ truyền động điện mà BBĐ điện máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy phát thường động. .. công nghệ máy tiện Hình 1.1: Hình Dạng bên ngồi máy tiện Nhóm máy tiện đa dạng, gồm máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện thực nhiều... nhiều đề tài mơn học cho máy khác nhau.Em nhân đề tài: Thiết kế trang bị điện cho truyền động trục máy tiện Thiết kế truyền động máy tiện việc làm khó ,trong thời gian làm đồ án vừa qua, với cố