đồ án tổng hợp điện cơ - thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang

Tính chọn công suất cho động cơ và mach ực - Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ - Thiết kế mạch điều khiển - Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAP/SIMULINK Phơng án thiết kế : - Hệ t

Đồ án môn học

tổng hợp hệ điện cơ

(Đề sồ 07)

Thầy giáo hớng dẫn :

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Công

Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang

- Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện  =v/w: 5.10 4

Yêu cầu nội dung:

- Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động

- Chọn phơng án truyền động Tính chọn công suất cho động cơ và mach ực

- Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ

- Thiết kế mạch điều khiển

- Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAP/SIMULINK

Phơng án thiết kế :

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp xung điên trở roto

Lời nói đầu

********* Trong hoàn cảnh đất nớc đang trên con đờng công nghiệp hoá - hiện đại hoá nghành công nghiệp tức là thay thế sức lao động của con ngời bằng máy móc, thay thế những dây truyền cũ với công suất và chất lợng thấp bằng các dây truyền với công nghệ hiện đại Đồng nghĩa với công tác nay là việc phải chuẩn bị cho đợc một đội ngũ

các công nhân, kỹ s có kiến thức để có thể vân hành sản suất, sửa chữa, thiết kế

những dây truyền nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu của tiến trình.

Phần 1

Giới thiệu về công nghệ máy doa

I.- giới thiệu chung về máy doa

1- Nhiệm vụ của máy doa trong dây truyền sản xuất

Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Doa là một phơng pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã đợc khoan ,khoét,

những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren Ngoài ra máy doa còn có thể đợc dung để phay

Da là một phơng pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ 6-9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1

2- Các bộ phận của máy doa

c, ụ trục phụ

Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay.Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao

d, Bàn máy

Đợc bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải

3- Các đặc điểm của máy doa hiện đại

Những máy Doa hiện đại ngày nay hay còn đợc gọi là máy doa vạn năng thì ngoài chức năng doa máy còn có thể thực hiện đợc các chức năng nh một máy mài, máy khoan …

Trên chuyển động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa , vì vậy máy

có thể gia công thô ( Khoan , khoét các lỗ hình côn , hìng trụ ) và sau đó thì có thể gia công tinh khi gá mũi doa

Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặctrục thẳng góc với nhau

Máy doa ngang là máy Doa có mũi doa quay theo phơng ngang

Các nguyên công chính của máy doa vạn năng:

- Nguyên công doa: thờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao

- Nguyên công tiện: khi nắp lỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao đợc truyền từ trục chính

-Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiệntrên máy doa, nguyên công này thờng nặng nề nhất

- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài

4-Các truyền động cơ bản của máy doa

a, Truyền động chính

Truyền động chính trong máy Doa là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách

đấy dây từ -YY

Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng cha ăn khớp động cơ đợc đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phơng pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí

Động cơ chính đợc hãm ngợc sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy

Bao gồm các truyền động:

- Chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang

- Chuyển động sang trái

- Chuyển động sang phải

- Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển

động này đợc truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là

truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lợng rất cao

+Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động Trong bản

đồ án náy em sẽ thiết kế một hệ truyền động ăn dao tự động

+ Trong các quá trình gia công máy có thể vận hành ở những cấp tốc độ khác nhau tuỳ thuộc trạng thái làm việc và yêu cầu của ngời sử dụng khi đó ta sẽ có các ph-

ơng án điều chỉnh tơng ứng , ví nh thực hiện chạy nhanh bàn dao bằng phơng pháp giảm từ thông động cơ Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học phần này sẽ đợc nói đến chi tiết ở các phần sau

+Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng đợc bố chí trên hai ụ máy

II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của

máy doa

Trong máy doa ngang truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng nh sau:

n

Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh doa lỗ có đờng kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất lợng gia công bề mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải đợc điều chỉnh vô cấp.

  n 

nii1 1

3 Độ ổn định tốc độ khi làm việc

Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền

động chính thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ 0  Mmax thì yêu cầu độ sụt tốc độ là:

n n n

n

i dmi i

 0    0

3 5 ( )%

4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ

Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản

MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất.Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này đợc xác định bởi lực ăn dao, bao gồm: lực kéo Fx ,tổn hao ma sát trên gờ trợt của máy

Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi

chiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thờng dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến

đổi của lực ma sát trên gờ trợt ảnh hởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và đợc biểu diễn nh hình vẽ sau :

5 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải

Trong quá trình làm việc thờng xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động

+ Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải

+Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngán thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này

_Các biện pháp hạn chế phụ tải:Các biện pháp hạn chế phụ tải:

+ Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao

+ Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phơng pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có ngắt

6 Yêu cầu hãm dừng chính xác

Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo chất lợng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và ngời vận hành

Các biện pháp nâng cao chất lợng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )

- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ

7, Yêu cầu về đảo chiều

Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho

+ Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa.

+Vốn đầu t mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý

+Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật

đổi càng trở nên phát triển mạnhđáp úng đợc hầu hết các yêu cầu khác nhau của công nghệ sản xuất

Do bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng nhiềuthiết bị nh hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van Chúng đợc điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những u, nhợc điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có đợc những hệ thống truyền động

có chất lợng khác nhau Do đó để có đợc một phơng án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về

kỹ thuật và kinh tế

2- Nội dung của việc chọn phơng án

Trong thực tế, khi đứng trớc một vấn đề sẽ có nhiều phơng án giải quyết Tuy nhiênmỗi phơng án có những u, nhợc điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn

ra đợc phơng án tốt nhất

Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cầndùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng nh điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao

Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đa ra những phơng án đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ này Để

chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lợng của hệ thống Do đó việc chọn lựa phơng án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ).

3 - ý nghĩa của việc lựa chọn phơng án

Việc so sánh lựa chọn đợc phơng án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó đợc thể hiện qua các mặt:

+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ của máy sản suất

+ Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài

+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động

+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị

dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua

1 - Phơng pháp sử dụng động cơ một chiều hệ thống Van - Động cơ

Với các thông số kỹ thhuật và yêu cầu công nghệ nh trên nên khi sử dụng động cơ một chiều cho công nghệ sẽ có nhiều u điiểm Vì động cơ một chiều có thể đáp ứng

đợc các yêu cầu cao với các hệ chuyển động phức tạp, có yêu cầu cao về chất lợng

cầu công nghệ nh trên Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=3000:2 do vậy để sử dụng động cơ một chiều cho truyền động của hệ thì phơng án sử dụng hiệu quả nhất là hệ thống Van -Động cơ Sau ta sẽ phân tích rõ về phơng pháp này :

a/ Sơ đồ

b/Các phần tử của sơ đồ

+ ĐC: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến nănglợng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất

+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển(bộ chỉnh lu cầu thyristor) , thực

hiện chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng

điện một chiều cung cấp cho động cơ

+ Uđ tín hiệu điện áp đặt

+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ

+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu + FX là mạch phát xung

c/ Hoạt động của hệ thống

Giả sử ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới với điện áp thích hợp, lúc này

động cơ vẫn cha làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các

xung đa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi

bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang đợc đặt điện áp thuận , van sẽ mở với góc mở  Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ  động cơ quayvới tốc độ ứng với Uđ ban đầu

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - n

khi n giảm  UĐK tăng   giảm  Ud tăng  n tăng về điểm làm việc yêu cầu Khi

n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngợc lại Đây là nguyên lý ổn định tốc

e/ Đánh giá chất lợng hệ thống

 Ưu điểm:u điểm:

+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao

+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt + Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lợng hệ thống

+ Hệ thống làm việc có cos nhỏ

2- Phơng pháp sử dụng động cơ xoay chiều không đồng bộ

●

ệu đ ieồm của động cơ không đồng bộ :

- Trong coõng nghieọp hieọn nay phaàn lụựn ủeàu sửỷ duùng ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ bapha Vỡ noự tieọn lụùi hụn, vụựi caỏu taùo, maóu maừ ủụn giaỷn, giaự thaứnh haù so vụựi ủoọng cụmoọt chieàu

- Ngoaứi ra ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ ba pha duứng trửùc tieỏp vụựi lửụựi ủieọn xoay chieàu

ba pha, khoõng phaỷi toỏn keựm theõm caực thieỏt bũ bieỏn ủoồi Vaọn haứnh tin caọy, giaỷm chiphớ vaọn haứnh, baỷo trỡ sửừa chửừa Theo caỏu taùo ngửụứi ta chia ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ

ba pha laứm hai loaùi

- ẹoọng cụ roto daõy quaỏn vaứ ủoọng cụ roto loàng soực



Nhửụùc điểm của động cơ không đồng bộ :

Beõn caùnh nhửừng ửu ủieồm ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ ba pha cuừng coự caực nhửụùc ủieồmsau:

- Deồ phaựt noựng ủoỏi vụựi stato, nhaỏt laứ khi ủieọn aựp lửụựi taờng vaứ ủoỏi vụựi roto khi ủieọnaựp lửụựi giaỷm.

- Laứm giaỷm bụựt ủoọ tin caọy vỡ khe hụỷ khoõng khớ nhoỷ

- Khi ủieọn aựp suùt xuoỏng thỡ moõmen khụỷi ủoọng vaứ moõmen cửùc ủaùi giaỷm raỏt nhieàu vỡmoõmen tổ leọ vụựi bỡnh phửụng ủieọn aựp

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp xung điện trở rôto

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh tần số

Sau đây ta sẽ đi phân tích nguyên lý của từng phơng pháp

A- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp xung điện trở mạch

roto

Phửụng phaựp naứy ủieàu chổnh toỏc ủoọ vụựi ửu ủieồm laứ deó daứng tửù ủoọng hoựa

ẹieọn trụỷ trong maùch ro to ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ:

r2 = r2d + rf

Trong ủoự:

r2d : ủieọn trụỷ daõy quaỏn roto

rf : ủieọn trụỷ phuù maộc theõm vaứo maùch roto

Moõmen cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ coự theồ tớnh theo doứng ủieọn roto laứ:

Khi ủieàu chổnh giaự trũ ủieọn trụỷ maùch roto thỡ moõmen tụựi haùn cuỷa ủoọng cụkhoõng ủoồi coứn ủoọ trửụùt tụựi haùn tổ leọ baọc nhaỏt vụựi ủieọn trụỷ

Neỏu xem ủoaùn ủaởc tớnh laứm vieọc cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ, tửực laứ ủoaùn coựủoọ trửụùt S = 0 ủeỏn S= St laứ thaỳng thỡ khi ủieàu chổnh ủieọn trụỷ, ta coự theồ vieỏt:

s n

r I M

.

3 2 2



const M

r

r s s

d

2 2

Si laứ ủoọ trửụùt khi ủieọn trụỷ maùch roto laứ r2d.

thay vaứo các công thức trên ta ủửụùc bieồu thửực của moõmen nh sau:

Điều này có ý nghĩa là Momen động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện rotor mà

không phụ thuộc vào tốc độ góc của động cơ

Sụ ủoà nguyeõn lyự ủieàu chổnh ủieọn trụỷ maùch roto baống phửụng phaựp xung

1R

o

ttt

r I M

c)

Trong đó :

a) Sụ ủoà nguyeõn lyự

b) Phửụng phaựp ủieàu chổnh

c) Phaùm vi ủieàu chổnh

b- Hoaùt ủoọng cuỷa maùch nhử sau:

ẹieọn aựp U2 ủửụùc chổnh lửu bụỷi caàu diode chổnh lửu qua cuoọn khaựng loùc L ủửụùccaỏp vaứo maùch ủieàu chổnh goàm ủieọn trụỷ Ro noỏi song song vụựi T1 seừ ủửụùc ủoựng ngaộtmoọt caựch chu kyứ nhaốm ủieàu chổnh giaự trũ trung bỡnh cuỷa ủieọn trụỷ toaứn maùch

Khi khoựa T1 ngaột ủieọn trụỷ Ro ủửụùc ủoựng vaứo maùch, doứng ủieọn roto giaỷm vụựitaàn soỏ ủoựng ngaột nhaỏt ủũnh Nhụứ ủieọn caỷm L maứ doứng ủieọn roto coi nhử khoõng ủoồivaứ khi T1 ủoựng thỡ ủieọn trụỷ R0 bũ loaùi ra khoỷi maùch, doứng ủieọn roto taờng leõn, ta coựgiaự trũ tửụng ủửụng ủieọn trụỷ Rc vaứ thụứi gian ngaột tn = T – tủ

Neỏu ủieàu chổnh tổ soỏ giửừa thụứi gian ngaột vaứ thụứi gian ủoựng tủ thỡ ta ủieàu chổnhủửụùc giaự trũ ủieọn trụỷ trong maùch roto

ẹieọn trụỷ tửụng ủửụng Rc trong maùch moọt chieàu ủửụùc tớnh ủoồi veà maùch xoaychieàu ba pha ụỷ roto theo qui taộc baỷo toaứn coõng suaỏt

Toồn hao trong maùch roto:

Cụ sụỷ ủeồ tớnh ủoồi toồn hao coõng suaỏt laứ nhử nhau, neõn:

Vụựi sụ ủoà chổnh lửu caàu ba pha thỡ :

ủ c

t t

t R





) (

3

) 2

(

2 2 2 2

f d

c d d

R R I P

R R T P

3 ) 2

2

f d c



Khi coự ủieọn trụỷ tớnh ủoồi, ta deồ daứng dửùng ủửụùc ủaởc tớnh cụ theo phửụng phaựpthoõng thửụứng Hoù ủaởc tớnh cụ naứy queựt kớn phaàn maởt phaỳng giụựi haùn bụỷi ủaởc tớnh

cụ tửù nhieõn vaứ ủaởc tớnh cụ coự ủieọn trụỷ phuù Rf = Ro /2

Nếu muoỏn mụỷ roọng phaùm vi ủieàu chổnh ta coự theồ maộc noỏi tieỏp vụựi ủieọn trụỷ Ro moọttuù ủieọn ủuỷ lụựn

c- nhận xét và ứng dụng

● -Nhaọn Xeựt.

Phửụng phaựp ủieàu chổnh toỏc ủoọ ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ ba pha baống caựch thayủoồi ủieọn trụỷ phuù maùch roto coự caực ửu ủieồm sau:

- Coự toỏc ủoọ phaõn caỏp

- Toỏc ủoọ ủieàu chổnh nhoỷ hụn toỏc ủoọ cụ baỷn

- Tửù ủoọng hoựa trong ủieàu chổnh ủửụùc deồ daứng

- Haùn cheỏ ủửụùc doứng mụỷ maựy

- Laứm taờng khaỷ naờng mụỷ maựy cuỷa ủoọng cụ khi ủửa ủieọn trụỷ phuù vaứomaùch roto

- Caực thao taực ủieàu chổnh ủụn giaỷn

- Giaự thaứnh chi phớ vaọn haứnh, sửừa chửừa thaỏp

Maởc duứ coự caực ửu ủieồm nhử treõn nhửng vaón coứn caực nhửụùc ủieồm sau:

-Toỏc ủoọ oồn ủũnh keựm -Toồn thaỏt naờng lửụùng lụựn

●ệÙng Duùng

ẹaõy laứ phửụng phaựp ủửụùc sửỷ duùng roọng raỷi, maởc duứ khoõng ủửụùc kinh teỏ laộm.Thửụứng ủửụùc duứng ủoỏi vụựi caực heọ thoỏng laứm vieọc ngaộn haùn hay ngaộn haùn laởp laùivaứ duứng trong caực heọ thoỏng vụựi yeõu caàu toỏc ủoọ khoõng cao nhử caàu truùc, cụ caỏunaõng, caàn truùc, thang maựy vaứ maựy xuực …

2- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp điều chỉnh tần số

a-Nguyên lý và quy luật điều chỉnh khi thay đổi tần sốÁ

Ta thấy, tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi nếu ta thayđổi tần số lưới điện f1 Do đó tốc độ của động cơ n = n1(1 – S) , cũng thay đổitheo.

Khi thay đổi tần số lưới điện f1, nhận thấy như sau:

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức là xem r1 = 0 thì mômen tới hạn cực đạilà:

cơ và mômen phụ tải tĩnh đối với các đặc tính cơ là hằng số

n n

t

x

U x

n

U M

1

2 1

2

2 3 55

, 9 2

L f

P U

M 22 22

) 2 ( 2

n 2 2

f

U a M : tacó

L ) 2(2

3P const

a Đặt

M t



Đặc tính cơ của bộ phận làm việc là quan hệ giữa tốc độ quay của mômen phụ tảilên trục quay.

Mc = f(n)

Theo biểu thức thực nghiệm mang tính chất tổng quát để mô tả dạng đặc tính cơcủa bộ phận làm việc như sau:

Trong đó:

Mc Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay ở tốc độ n (Nm)

Mco Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n= 0

Mcđm Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = nđm

x là số mũ đặc trưng mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phận làm việc (cơcấu sản xuất) khác nhau Gồm bốn dạng như sau:

Đặc tính cơ có dạng: Mc = a + bn

Mc tỉ lệ bậc nhất với tốc độ Đây là đặc tính đặc trưng cho máy phát điện mộtchiều kích từ độc lập với phụ tải máy phát là một điện trở thuần ( đường 2 hình )

* x = -1

Đặc tính có dạng:

Mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, đặc tính này đặc trưng cho các máy cắt kim loại(đường 3 hình)

c

n

n )(

M (M

M

M   

) (

n

b a

M c 

Mômen tỉ lệ với bình phương tốc độ, là đặc tính đặc trưng cho máy nén, tàu thủy, (đường 4 hình)

Các dạng đặc tính.

Như vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổitần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp mộtcách đồng thời theo các quy luật như sau:

Như vậy dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số theoquy luật điều chỉnh hình 2

const f

U

const f

U

const f

4

Caực daùng ủaởc tớnh cụ cuỷa ủoọng cụ khoõng ủoàng boọ khi thay ủoồi taàn soỏ theo quy luaọt ủieàu chổnh U vaứ f.

b- Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ

ẹeồ taùo ra caực boọ bieỏn taàn coự U vaứ f thay ủoồi ủửụùc, ngửụứi ta coự theồ duứng caực

boọ bieỏn taàn vụựi maựy ủieọn quay nhử maựy phaựt ủoàng boọ, maựy phaựt khoõng ủoàng boọhoaởc duứng boọ bieỏn taàn baựn daón So vụựi caực boọ bieỏn taàn baựn daón , boọ bieỏn taàn maựyủieọn quay coự nhieàu nhửụùc ủieồm vaứ ngaứy caứng ớt duứng Bụỷi vaọy trong luaọn aựn naứychổ trỡnh baứy caực boọ bieỏn taàn baựn daón

Caực boọ bieỏn taàn baựn daón goàm coự:

Boọ bieỏn taàn baựn daón trửùc tieỏp vaứ boọ bieỏn taàn coự khaõu trung gian moọt chieàu

M

n

Mc = a+bn2

0n

1 Bộ Biến Tần Trực Tiếp Dùng Thyristor.

Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần dùng trực tiếp thyristorcó sơ đồ nguyên lý như sau

Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor.

Bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều ba pha U1,

f1 bằng hằng số thành nguồn xoay chiều ba pha có U2, f2 biến đổi Bộ biến tần nàygồm 18 thyristor chia cho ba pha Mỗi pha chia làm hai nhóm:

Nhóm có catot nối chung lại gọi là nhóm thuận T, cung cấp phần điện áp dươngtrên mỗi pha của động cơ

Nhóm có Anot nối chung gọi là nhóm nghịch cung cấp điện áp đầu ra cho nữa chukỳ âm

Ởû mỗi pha có dùng hai cuộn kháng để làm giảm dòng điện cân bằng của cácthyristor khi chuyển mạch giữa nhóm thuận và nhóm nghịch

Nếu gọi tần số nguồn vào là f1, số pha điện áp đầu ra là m (m=3), số đỉnh hình sincủa sóng điện áp đầu vào trong nữa chu kỳ của điện áp đầu ra là n thì tần số điệnáp đầu ra của bộ biến tần là:

Như vậy:

Muốn thay đổi tần số f2 ta thay đổi số đỉnh hình sin của điện áp đầu vào trong nữachu kỳ của điện áp đầu ra (tức là thay đổi thời gian làm việc của thyristor trongcùng một nhóm thuận hay nghịch so với chu kỳ sóng điện áp đầu vào)

Muốn thay đổi trị số điện áp đầu ra của bộ biến tần là U2 ta thực hiện khống chếthời gian kích xung lên các thyristor so với thời điểm chuyển mạch tự nhiên Tứclà tạo ra một sóng điện áp đầu ra có trị số trung bình nhỏ hơn trị số trung bình củađiện áp đầu ra khi chuyển mạch tự nhiên Dạng sóng điện áp đầu ra của bộ biếntần ở hình 6-5

Đồ thị điện áp một pha của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor.

2 Bộ Biến Tần Dùng Thyritor Có Khâu Trung Gian Một Chiều.

Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng Nhóm chỉnh lưucó chức năng biến đổi điện xoay chiều thành một chiều Sau khi qua bộ lọc, điệnáp một chiều được nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi Nhómnghịch lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghĩa là các van của chúng chuyểnmạch cho nhau theo chế độ cưỡng bức, ta gọi nghịch lưu này là nghịch lưu áp Tầnsố đầu ra được điều chỉnh nhờ thay đổi chu kỳ đóng cắt các van trong nhóm nghịch

1 2 1 2







m n

m f f

1a U

1b U

1c

lưu còn điện áp ra có thể điều chỉnh nhờ thay đổi góc thông của các van trongnhóm chỉnh lưu.

Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều hình 6-6

Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần có khâu trung gian một chiều.

Đây là sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều dùngnghịch lưu áp

Nhóm chỉnh lưu gồm 6 thyristor T7  T12 làm nhiệm vụ biến điện áp xoaychiều thành một chiều Bộ lọc phẳng gồm kháng Lo và tụ Co Phần chính của bộïnghịch lưu là các thyristor T1 T6, chúng được mở theo thứ tự T1, T2, T3,T4, T5, T6,cách nhau 1/6 chu kỳ của áp ra

Như vậy:

Bằng cách thay đổi khoảng thời gian dẫn của các thyristor ta thay đổi được chu kỳcủa điện áp ra tức là điều chỉnh được điện áp ra Để chuyển mạch giữa các van, tadùng các tụ C C

L2

L1 Lo

Giả sử trong khoảng thời gian nào đó T1 và T2 dẫn, tụ C1 được nạp từ nguồn hình6-6 Khi kích xung mở T3 tụ C1 phóng qua T1 và T3 tạo ra dòng khóa T1 làm T3 dẫn Các diode D1  D6 có tác dụng ngăn cách các tụ chuyển mạch với phụ tải, khôngcho các tụ phóng điện qua phụ tải Nhờ vậy điện dung yêu cầu của tụ được giảmnhỏ và áp trên tải không bị ảnh hưởng bởi sự phóng nạp của tụ.

Các diode D7  D12 , tạo thành một cầu ngược có tác dụng mở cho dòng phảnkháng từ phía động cơ về tụ Co dòng điện này xuất hiện do sự lệch pha giữa dòngvà áp trên động cơ

Các thyristor của nghịch lưu chuyển mạch theo tín hiệu điều khiển nên cực tínhđiện áp trên mỗi pha stato thay đổi theo tần số điều khiển Điện áp pha đưa vàođộng cơ có dạng như hình 6-7

Đồ thị điện áp phatrên đầu ra của biến tần có khâu trung gian một chiều.

c- øng dơng trong c«ng nghiƯp.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tầnsố nguồn được ứng dụng rộng rải trong công nghiệp với ưu điểm gọn nhẹ và dểđiều chỉnh

Bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor được dùng trong công nghiệp như điềuchỉnh tốc độ trong truyền động chính của các máy mài cao tốc, điều chỉnh tốc độtrong các hệ thống băng tải

Bộ biến tần dùng máy phát đồng bộ được ứng dụng khi cần điều chỉnh tốc độ đồngthời cho nhiều động cơ

PhÇn iii

tU

chọn các phần tử sử dụng trong mạch động lực theo phơng pháp Xung điện trở mạch rotor

Từ đầu bài ta có các thông số kỹ thuật của động cơ nh sau:

n

Fc

Trong đó : Mcqd : momen quy đổi về trục động cơ

Fc : lực cản của tẩi quy đổi về trục động cơ

60

* 10

* 8 , 0

10

* 30 1

*

4 3



dm cqd

n

Fc M

mà công suất động cơ yêu cầu :

Pdcycmax*M cqd  5887 , 5w

Nh vậy ta phải chọn công suất động cơ điện theo thoả mãn các yêucầu sau:

1 Pđm cỡ 588,7W

2 nđm 2950 vòng/phútTra sổ tay đặc tính cơ trong tài liệu “ Đặc tính cơ truyền động điện” củaVesennhepski ta chọn động cơ xoay chiều KĐB 3 pha Rôto dây quấn MT 12_6 có cácthông số sau:

U = 380 V

nđm = 2950 vòng/phút

m = 2,5Cosdm= 0,73Coskt = 0,09

73 , 36

910 1000 0

n

V m m J

J K

J t  t dc   dm 

73 0 ) 846

5 0 )(

10 5 10 10 ( 5 91 ) 15 0 0675 0 ( 15

1   3  3 2  (kgm2)Trong đó Kt=0.15 là hệ số tính đến mômen quán tính các bộ phận quay ngang của cơcấu truyền lực,mđm,m0 khối lợng định mức của tải trọng và khối lợng định mức của tảitrọng và khối lợng xe trục(kg)

Mômen quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ khi không tải

)2=0.41(kgm2)Mômen trên trục động cơ khi xe chạy có tải là:

82 0 31 2

35 0 4000

035 2000

M2=1.2Mc=1,2.27,54=33,048(Nm)

Và mômen cực đại khi khởi động bằng mômen tới hạn động cơ Nếu có xét tới khảnăng sụt áp

Mômen khởi động trung bình là:

Mkđ = ( 74 , 38 33 , 048 ) 53 , 71

2

1 ) (

Và ta coi không đổi trong thời gian khởi động có tải và không tải

Thời gian khởi động có tải là :

) 04 , 27 71 , 53 ( 55 , 9

910 73 , 0 )

M M

n J

(s)

Thời gian khởi động không tải có thể tính đến gần đúng nh sau:

) 47 , 14 71 , 53 ( 55 , 9

910 41 , 0 )

M

n J

co kd

dm o

55 , 9

M M

n J

M M

n J

(s)chiều dài xe đi đợc trong thời gian mở máy có tải và không tải là:

60 2

V

m

dm m

V

m

dm m

dm





Trong đó Vđm là tốc độ xe thực tế khi động cơ quay về tốc độ định mức

Chiều dài xe đi đợc trong thời gian hãm máy có tải và không có tải là:

Ld1= 0 , 33 ( )

V

d dm

04 , 27 09 ,

47 , 14 09 ,

n2=n0(1-S2)=9946,54

V1= 60. 0,55( )

1

s

m i

n

D b



Thời gian xe di chuyển với tốc độ ổn định khi có và không có tải là:

t1= 49 , 04 ( )

55 , 0

97 , 26 1

49 , 27 2

23 , 48 99 , 0 04 , 49 6 , 2

2 2 1 1 0

t

t

d d

lv lv

lv

Khi tính toán mômen đẳng trị ta chú ý đến hiện tợng kém toả nhiệt của động cơ khi

mở máy Nếu hệ số kém toả nhiệt =0,5 thì:

) (

) (

2 1 2 1

2

2 1

2 2

1

2

Nm t

t t t

t M t M t

t M

m m

co c

m m kd

58 , 28 61 ,

a) Trờng hợp mở máy động cơ KĐB

2 1 2

' 2 1

1

) (

)

s

r r r

Irqđ= ( ) ( ')

2 1 2 ' 2 1

1

x x r

r r

Ta có liên hệ tiếp theo: Irmm =Irqđ*ki= 86,3*1.38 = 119A

Dòng qua Diode : ID= I r/3 =119/3 = 39,6A

Ta thấy khi động cơ làm việc : Nhìn vào biểu thức ta thấy dòng Rôto sẽ nhỏ đi

=> không tính đến dòng để chọn Diode trong trờng hợp này

 Điện áp ngơc đặt lên van: UDng= 6Erđm =6255= 624,62 V

+ Ipik = 375A

Nh vậy ta phải sử dụng 6 diot có thông số nh trên cho mạch chỉnh lu dòng rotor

2- Chọn giá trị cho điện trở phụ Rotor

Giả sử một cách gần đúng ta xấp xỉ các đờng đặc tính cơ của động cơ KĐBRôto dây quấn thành các đoạn thẳng đi qua điểm tốc độ đồng bộ và điểm tới hạn Khi

điều chỉnh điện trở ta có :

M= const

S : độ trợt khi điện trở mạch rotor là Rr

Si : độ trợt khi điện trở mạch rotor là Rrd

Rd :là điện trở tơng ứng với si()

Từ các thông số của động cơ đã chọn ta tính đợc các đại lợng khác