thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang

+ Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch lưỡi dao hoặc phôi để tạo ra một lớp phôi mớimin = 1,10-4.2000.9.5 2 (vòng/phút).max = 0,156.2000.9.5 3000 (vòng/phút).Lực cắt cực đại F = 30kN.Tốc độ dịch chuyển định mức vđm = 0,0785 m/s.Tốc độ dịch chuyển cực tiểu vmin = 10-4 m/s.Tốc độ dịch chuyển cực đại vmax = 0,156 m/s.Hiệu suất = 0,8.Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ := : 5.10

Lời nói đầu

ở nớc ta ,mặc dù là một nớc chậm phát triển ,nhng trong những năm gần

đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thếgiới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật , đặc biệt là sự tự độnghoá các quá trình sản xuất ngày càng đợc chú trọng , nhằm tạo bớc phát triểnmới ,hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành mọt nền kinh tế tri thức Ngày nay ,tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vàotừng ngõ ngách và trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm Việctăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủyếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâuthuẫn nhau Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêucầu hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp Vậy việclựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là mộtbài toán khó.Một trong những ứng dụng đó là “ Thiết kế hệ truyền động

chính cho máy doa ngang “.

Với sự cố gắng của bản thân bản đồ án đã đợc hoàn thành Tuy nhiên

do kiến thức còn có hạn nên tài liệu thiết kế này của em không tránh khỏinhững sai lầm và thiếu sót Chính vì vậy mà em mong các thầy cô sẽ chỉ bảo

và góp ý để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên Lơng Thế Vinh

Chơng I

Yêu cầu công nghệ của truyền

động ăn dao máy doa

ứng dụng chủ yếu của động cơ điện một chiều là trong các nghành sản xuất

nh hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong truyền động cơ khí chế tạo Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng của nó là:

I Vai trò ứng dụng của truyền động điện trong lĩnh vực cơ khí:

Vấn đề ứng dụng các loại động cơ điện trong truyền động sản xuất cũng

nh các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội là hết sức rộng rãi Hiện nay

động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế dễ chế tạo, chiphí vận hành và bảo dỡng thấp Tuy nhiên trong nhiều lĩnh vực yêu cầu cao

về điều chỉnh tốc độ, độ trơn và khả năng quá tải thì động cơ điện một chiềulại tỏ ra hết sức u việt

+ Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt với dải điều chỉnh rộng

+ Khả năng quá tải tốt đặc biệt là ở động cơ kích thích nối tiếp và hỗnhợp

Ngoài ra cấu trúc mạch lực cũng nh mạch điều khiển của động cơ điệnmột chiều cũng đơn giản hơn nhiều so với động cơ không đồng bộ, đồng thờilại đạt chất lợng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh trơn và rộng

Trong lĩnh vực cơ khí thì nhiều loại động cơ cùng đợc sử dụng Với nhữngchuyển động không đòi hỏi cao về dải tốc độ và có thể điều khiển tốc độnhảy cấp thì động cơ không đồng bộ thì rất thích hợp vì những u điểm củachúng nh tính kinh tế dễ chế tạo, đa dạng về chủng loại và đặc biệt nguồnnăng lợng đợc lấy trực tiếp từ lới điện mà không cần dùng thêm các bộchuyển đổi phụ trợ khác

Đối với máy doa ngang ngời ta có thể sử dụng cả hai loại động cơ không

đồng bộ và động cơ điện một chiều vào những mục đích khác nhau để tậndụng những u điểm của chúng Trong các truyền động của chuyển độngchính, cũng nh cơ cấu tay quay của bàn và các cơ cấu bơm cấp dầu thì độngcơ điện xoay chiều đợc sử dụng Tuy nhiên trong cơ cấu ăn dao thì lại sửdụng động cơ điện một chiều,để có thể đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ Docông suất của các động cơ một chiều vào khoảng vài kW nên ngời ta thờngtạo ra nguồn một chiều bằng cách chỉnh lu từ lới điện xoay chiều với hệ số

đập mạch là 12 để có chất lợng cao

Trong khuôn khổ đồ án này với đề tài: thiết kế hệ truyền động ăn dao

máy doa ngang, để làm rõ tính quan trọng của động cơ một chiều cũng nh

vai trò của các hệ truyền động một chiều ta phân tích đặc thù của truyền

động ăn dao của máy doa ngang

II Đặc thù truyền động của máy doa ngang

1 Giới thiệu chung về máy doa

Máy doa đợc liệt vào nhóm máy khoan - doa dùng để gia công các chi tiết

có kích thớc lớn trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt Máy doa chủ yếudùng để gia công lỗ với cấp chính xác thông thờng và chính xác cao

Các khả năng gia công của máy dao gồm có dùng dao tiện để tiện mặthình trụ, dùng mũi khoan, khoét hoặc doa để gia công lỗ, dùng dao phay mặt

đầu để gia công mặt phẳng thẳng đứng, dùng dao phay hình trụ hoặc daophay định hình để gia công mặt phẳng nằm ngang hoặc bề mặt định hình,dùng dao tiện chạy dao hớng kính để gia công mặt đầu, dùng dao tiện để cắtren trong

Đối với máy doa vạn năng ngang phạm vi sử dụng của nó lại rất lớn.Ngoài việc gia công lỗ nó còn có thể gia công những bề mặt của những chitiết lớn

Thờng trên máy doa ngang có lắp 6 dao khác nhau để hoàn thành cácnguyên công khác nhau Do đó nhiều chi tiết có thể hoàn toàn gia công trênmột máy doa, không cần dùng các loại máy tiện, khoan, phay hay các loạimáy nào khác.

Máy doa đặc biệt dùng cho việc gia công các loại xi lanh của động cơ đốttrong hay máy hơi nớc, các lỗ của ụ động hoặc các lỗ đặt ổ trục chính máycông cụ và sử dụng để gia công các lỗ song song với độ chính xác cao

Do tính vạn năng của máy doa, nên có thể sử dụng rất thuận tiện cho việcthực hiện toàn bộ các các nguyên công trên nhiều chi tiết không phải quamột máy nào khác Chính thế mày máy doa ngang đặc biệt quan trong đốivới ngành chế tạo máy nặng

Ta có sơ đồ máy doa ngang nh sau:

Những bộ phận chính của máy doa ngang:

+ Thân máy có dạng hộp lắp cố định đằng sau cùng giá đỡ Trên sống trợtcủa thân máy lắp bàn máy có thể quay tròn với bàn trợt ngang hoặc bàn trợtdọc Bên phải thân máy lắp trụ trớc Trên sống trợt đứng của nó lắp ụ trụcchính Bên phải là tủ thiết bị điện với tổ máy điện

+ Những chuyển động cơ bản của máy doa:

- Nếu dao cắt lắp trên trục chính hoặc trên bàn dao hớng kính thì nónhận chuyển động chính là chuyển động vòng

- Các chuyển động chạy dao cho ụ trục chính (dao) thực hiện làchuyển động là chuyển động chạy dao hớng trục của trục chính, chuyển

động chạy dao thẳng đứng( chuyển động đồng bộ với giá đỡ của trụ sau),chuyển động chạy dao hớng kính của bàn dao trên mâm cặp

- Các chuyển động chạy dao dọc và ngang của bàn máy mang chi tiếtgia công Hai chuyển động này do phôi thực hiện

2 Đặc điểm yêu cầu công nghệ của truyền động.

+ Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch lỡi dao hoặc phôi để tạo ramột lớp phôi mới

min = 1,10-4.2000.9.5  2 (vòng/phút)

max = 0,156.2000.9.5  3000 (vòng/phút)

Lực cắt cực đại F = 30kN

Tốc độ dịch chuyển định mức vđm = 0,0785 m/s

Tốc độ dịch chuyển cực tiểu vmin = 10-4 m/s

Tốc độ dịch chuyển cực đại vmax = 0,156 m/s

Hiệu suất  = 0,8

Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ : =



 : 5.10  4

- Các động cơ trong hệ truyền động làm việc ở chế độ dài hạn với dải tốc

độ rộng

- Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ: độ trơn điều chỉnh cũng nh khởi động nhanh

- Yều cầu về khả năng quá tải lớn

- Yêu cầu có đảo chiều liên tục Các hệ truyền động phải đảm bảo đợc

đảo chiều truyền động của động cơ trong thời gian ngắn cũng nh hãm táisinh trả năng lợng

Ngoài ra truyền động ăn dao của máy doa ngang đòi hỏi độ tin cậy, antoàn, độ bền cao về kết cấu mạch lực, mạch điều khiển Vì vậy phải đa ra đợcmột sơ đồ điều khiển đơn giản, tin cậy và dễ thao tác trong khi vận hành.Tham số nguồn điện áp cung cấp :

- Lới điện xoay chiều ba pha tần số 50Hz điện áp 380V

- Độ dao động điện áp lới V-5%+10%

- Độ dao động tần số 50Hz 1%

Chế độ làm việc của động cơ là chế độ làm việc dài hạn vì vậy cho nên

động cơ đủ thời gian đạt tới trị số ổn định

3 Các ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Điều chỉnh tốc độ đông cơ điện một chiều kéo tải trong cơ khí nói chunghay trong máy doa ngang nói riêng thờng dùng phơng pháp điện kết hợp vớiphơng pháp cơ qua các cơ cấu bánh răng hay các bộ culi để tăng dải điềuchỉnh cũng nh thu đợc các vùng tốc độ phù hợp Điều chỉnh bằng phơngpháp điện tốt bao nhiêu thì càng giảm độ phức tạp và cồng kềnh của cơ cấucơ khí bấy nhiêu

có 2 phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đó là:

- Điều chỉnh kế tiếp :

Trong vùng  < o thì điều chỉnh điện áp trong khi giữ từ thông không

một u điểm rất lớn dòng điện đợc giữ không đổi nên mômen ổn định

Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, tính chất của quá trình công nghệ mà

ta có thể chọn một trong hai phơng pháp nêu trên.Về cấu trúc mạch lực của

hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần

có bộ biến đổi, bộ biến đổi có chức năng điều chỉnh điện áp cấp cho phầnứng động cơ hoặc mạch kích từ tuỳ thuộc và phơng pháp điều khiển.Cho đếnnay trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ biến đổi chính:

-Bộ biến đổi máy điện gồm:Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiềuhoặc máy điện khuếch đại(MĐKĐ)

-Bộ biến đổi điện từ:Khuếch đại từ(KĐT)

-Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn:Chỉnh lu thysistor(CLT)

-Bộ biến đổi xung áp một chiều:thysistor hoặc transistor(BBĐXA)Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động nh:-Hệ truyền động máy phát-động cơ(F-Đ)

-Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ(MĐKĐ-Đ)

-Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ(KĐT-Đ)

-Hệ truyền động chỉnh lu thysistor- động cơ(T-Đ).

-Hệ truyền động xung áp-động cơ(XA-Đ)

Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ

động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín(ta có hệ truyền động

điều chỉnh tự động) và có loại điều khiển theo mạch hở(hệ truyền động điềukhiển “hở”).Hệ truyền động điều chỉnh tự động có cấu trúc phức tạp, nhng cóchất lợng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng so với hệ điều chỉnh “hở”.Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn đ-

ợc phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiềuquay.Đồng thời tuỳ thuộc vào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta cótruyền động làm việc ở một góc phần t, hai góc phần t và 4 góc phần t

4 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.

a Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.

Trong phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, bộ biến đổicung cấp điện áp cho mạch phần ứng.Vì nguồn có công suất hữu hạn nên các

bộ biến đổi có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

Hình 1-2 là sơ độ thay thế nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng độngcơ điện một chiều, trong đó thành phần Eb(Uđk) đợc tạo ra bởi bộ biến đổi vàphụ thuộc vào Uđk

Trong chế độ xác lập ta có các phơng trình đặc tính nh sau:

) ( + đ

R R - k

E

m

b m

k M

* Nhận xét:

1.Vì từ thông động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng

đợc giữ không đổi, còn tốc độ không tải tuỳ thuộc vào điện áp Uđk của

hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này có độ cứngđạt đợc rấttối u

2.Từ các phơng trình trên ta có thể tính đợc phạm vi điều chỉnh tốc độcủa phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, giữ từ thông không đổi

0max.||.Mđm ≤ 10Vì thế với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnhtốc độ không vợt quá 10.Do vậy với hệ truyền động đòi hỏi phạm vi điềuchỉnh tốc độ lớn thì ta không thể sử dụng các hệ thống hở nh trên

d r

r

e

b k

k k

rk-điện trở dây quấn kích từ

rb-điện trở nguồn điện áp kích thích

-số vòng dây của cuộn dây kích thích,

Trong chế độ xác lập thì:

; r r

e i

k b

k k



   [ ik]

 Nhận xét:

a) Với phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ thì cho ta có thể thay

đổi đợc tốc độ không tải với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ bản(đặc tính cơ

tự nhiên), tuy nhiên tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị hạn chế bởi khảnăng chuyển mạch của cổ góp

b) Khi điều chỉnh giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ thì tathấy độ cứng của đặc tính cơ giảm rõ rệt, do vậy với những cơ cấu yêu cầu

độ cứng điều chỉnh cao thì phơng pháp này gặp phải khó khăn

 Kết luận:

Căn cứ vào đặc điểm truyền động ăn dao của máy dao ngang, căn cứ vàophơng pháp truyền động yêu cầu, căn cứ vào các tính chất của các phơngpháp điều chỉnh tốc độ, để thiết kế hệ truyền động ăn dao cho chuyển động

ăn dao máy doa ngang ta sử dụng động cơ một chiều điều chỉnh điện áp phầnứng giữ từ thông không đổi ở trong vùng điều chỉnh tốc độ định mức Còn ởtrên tốc độ định mức thì ta sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ

Chơng II

Phân tích u điểm của một số phơng án truyền động

Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quảtính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thểthỏa mản yêu cầu đặt ra Bằng việc phân tích,so sánh các chỉ tiêu kinh tế,kỹthuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn

đợc vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế

Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết bằng cách cắt hớt các lớpkim loại trên phôi Có thể tiến hành gia công tinh hoặc gia công thô.Chuyển

động ăn dao ở đây là chuyển động liên tục, tịnh tiến của dao, tuỳ thuộc vàomức độ yêu cầu của chi tiết mà có tốc độ khác nhau Nghĩa là, hệ thốngtruyền động điện cần điều chỉnh tốc độ êm, phạm vi điều chỉnh lớn, mở vàhãm máy liên tục

Trên những cơ sở yêu cầu công nghệ đó ta xem xét một số hệ truyền

có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ

Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồncho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành côngnghiệp Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất

động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và

động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độnhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải,bánh lăn hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầutốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ

động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không

đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và cóthể làm việc trong nhiều môi trờng Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là sơ

đồ mạch điều khiển rất phức tạp Đối với hệ thống này, động cơ không nhận

điện từ lới chung mà từ một bộ biến tần Bộ biến tần này có khả năng biến

đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau Thờng sử dụng hai loạibiến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần giántiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều) Hệ truyền động điện có thể sửdụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ biến

đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha

1.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter)

Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a Điện áp vào xoay chiều u1 (tần số

f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác Vì vậy,loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến

đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần cómạch điện phụ Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp

và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin.Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lợng van lớn đối với mạch bapha Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1, sốpha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van

Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều chỉnh

tần số f2  f1 Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f2  f1 nhng mức

độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều Biến tần trực tiếp hay đợc dùng cho truyền

động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp cho các

động cơ rotor lồng sóc, các động cơ rotor dây quấn cấp bởi hai nguồn, các

động cơ đồng bộ

U 1, f 1 ~ Mạch van ~ U 2, f 2

a)

Hình 2 5 Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lu độc lập (b)

1.2 Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian ) – nghịch lu độc lập

Sơ đồ cấu trúc đợc trình bày trên hình 2.5b Trong loại biến tần này, điện

áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lu,

sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số f2 Việc biến

đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần Song, loại biến tần này

cho phép thay đổi dễ dãng tần số ra f2 không phụ thuộc vào tần số vào f1

trong một dải rộng cả trên và dới f1 vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điềukhiển Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý vàdùng van lực là các loại transistor đã cho phép phát huy tối đa các u điểmcủa loại biến tần này Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch

lu độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp Tuy nhiên, nếu

sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn

đề khoá van

 Biến tần nguồn áp: Nghịch lu điện áp có đặc điểm dạng điện áp ra tải

đợc định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất tải.Nguồn áp đợc tạo ra bằng một bộ chỉnh lu với đầu ra đợc nối song song vớimột tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và đểtrao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ Điện áp ra củanghịch lu điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ nhật.Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thực hiện dễ dàng bằng điềukhiển qui luật mở van của phần nghịch lu Phơng pháp điều khiển này thay

đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lới điện

 Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh

động cơ xoay chiều, nguồn dòng thờng đợc sử dụng cho các hệ thống côngsuất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điềukhiển hoàn toàn Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đợc sử dụng rộng rãi để

điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn

dòng có u điểm là tăng đợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫnthực hiện hãm tái sinh động cơ Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiềuthì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạchdòng điện chuyển mạch giữa các pha Trong thực tế, thờng sử dụng các van

điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cỡng bức các van

đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắntrong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng

2) Hệ truyền động máy phát - động cơ một chiều(F- Đ)

Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến

đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát điện này ờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quaycủa máy phát là không đổi

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ.

Động cơ Đ truyền động M đợc cấp điện từ máy phát F Khi điều chỉnhdòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệthống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên

Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh cácchỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung Ưu điểm nổi bậtnhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năngquá tải lớn Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong côngnghiệp mỏ Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1) Điều chỉnh tốc

độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành trênmạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thựchiện hãm điện dễ dàng

Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (khôngquá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấphành Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nênkhó điều chỉnh sâu tốc độ, vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn Vớinhững hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnhsâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn ápmáy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nângcao chất lợng.

3) Hệ thống truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơ một chiều (T-Đ)

Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ

độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phầnứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các

bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor

~

U đk

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ.

Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu thyristor.Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ Chế độ làmviệc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất củatải Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ (L-R)hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E)

Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên tục:

M ) k (

R k

cos E

2 dm dm

trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng

động cơ R và điện trở các phần tử mạch nối tiếp với phần ứng động cơ)

Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh trên hình 2.3 Các đặctính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợngchuyển mạch giữa các thyristor Góc điều khiển  càng lớn thì điện áp đặtvào phần ứng động cơ càng nhỏ Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với mộtmômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có

độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo) Đó là vùng dòng điện gián

đoạn Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián

đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn

Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng

điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián

đoạn Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờngellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:

1 ) p

cos p sin U

IL (

) p sin

p U

E

m 2

e 2

m 2

Hình 2-3 Đặc tính cơ hệ T-Đ



M0

gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống Biên giới này

đ-ợc mô tả bởi

đờng nét đứt trên hình vẽ 2-3

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và

dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao

Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của

hệ thống Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn

Nhợc điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến,dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trongmáy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện ápcủa nguồn và lới xoay chiều Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấpnhất là khi điều chỉnh sâu

Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều bapha, nhng về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều

u việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễdàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lợng

điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng So với hệ F-Đ thì với nhữngnhợc điểm của hệ F-Đ là hiệu suất thấp ,gây ồn ,chiếm diện tích lớn ,thì việclựa chọn

Hệ F-Đ cho truyền động máy doa là không thích hợp

Chính vì vậy, ta sẽ chọn phơng án thiết kế hệ truyền động chỉnh lu

Tiristor - động cơ một chiều kích từ độc lập Đó cũng chính là ph ơng án

đợc giao thiết kế của em.

4 min

10 5 10

Động cơ đợc chọn phải đáp ứng đợc các yêu cầu sau:

- Động cơ phải có đủ công suất để đáp ứng đợc nhu cầu của truyền động

- Có tốc độ và phạm vi điều chỉnh phù hợp với yêu cầu công nghệ

- Thoả mãn các yêu cầu về mở máy và hãm động cơ

Ngoài ra còn một số yêu cầu khác nh phù hợp với nguồn điện năng tiêuthụ cũng nh thích hợp với điều kiện làm việc, tính gọn nhẹ trong sủ dụng

Số vòngtrên 1cực cuộnsongsong cks

Từ thônghữu íchcủa 1 cực

từ .10-2

Wb

Tốc độquay chophép cực

đại(vòng/phút)

Mô men

QT phầnứng

w

R I

U 

60 / 28 , 6 1500

2 , 33 472 0 220





Mđm = k đmI = 1,3.33,2=43,2NmKiểm nghiệm momen quá tải:

Mđmđc = 43,2 > Mcmax = 19

II tính chọn bộ biến đổi

Theo yêu cầu của hệ truyền động thì bộ biến đổi có nhiệm vụ cung cấp

điện áp cho phần ứng động cơ do vậy và điện áp này có thể điều chỉnh đợc

để thay đổi tốc độ động cơ Chính vì vậy sơ đồ phải điều khiển đợc Xét vềphơng diện điều khiển thì để ổn định tốc độ của máy ở phụ tải nhất định thì

điện áp đặt vào động cơ phải có độ ổn định cao So sanh giữa các sơ đồ chỉnh

lu thì sơ đồ cầu 3 pha có đáp ứng tốt nhất cho yêu cầu về chất lợng điện áp

Từ những nhận xét trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu là sơ đồ cầu ba pha đối

xứng có điều khiển.

Do yêu cầu của truyền động đảo chiều nên ta dùng hai bộ biến đổi songsong ngợc không có cuộn kháng cân bằng và thực hiện việc điều khiển riêngtừng bộ biến đổi.ở đây ta không lựa chọn phơng án đảo chiều điều khiểnchung bởi vì việc chế tạo cuộn kháng cân bằng trong hệ điều khiển chung làrất khó khăn

U

,dòng phần giảm dần về 0 lúc này cắt xung

điều khiển để khoá BĐ 1 ,thời điểm t2 đợc xác định bởi cảm biến dòng điệnkhông SI1.Trong khoảng thời gian trễ =t3-t2,BĐ1 bị khoá hoàn toàn,dòng

điện phần ứng bị triệt tiêu.Tại t3 sđđ động cơ E vẫn còn dơng,tín hiệu logic b2

iLđ =1 – phát xung điều khiển mở BĐ1

iLđ =0 - phát xung điều khiển mở BĐ2

i1L(i2L) =1 – có dòng điện chảy qua BĐ1(BĐ2)

b1(b2) = 1 – khoá bộ phát xung FX1(FX2)

Tính chọn mạch biến đổi:

Vì hệ truyền động ăn dao là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọn mạchbiến đổi điện áp tới động cơ gồm 2 bộ chỉnh lu cầu 3 pha Thyristor điềukhiển riêng Còn mạch kích từ động cơ cũng có một bộ chỉnh lu cầu 3 pha

Điốt

2 Mạch biến đổi nguồn cấp cho động cơ:

Xét khi một bộ chỉnh lu làm việc

Ta có sơ đồ sau:

Trong đó:

BA : Biến áp nguồn lấy điện từ lới cấp cho động cơ

Uv0 : Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BA

T : 6 Tiristor của mạch chỉnh lu cùng loại

Lcb : Cuộn kháng san bằng

L, R : cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ:

R = r + rcp = 0,472 ()

Điện áp không tải của bộ chỉnh lu Ud0 phải thoả mãn phơng trình:

1Ud0cosmin = 2Eđm + Uv + ImaxR + Umax (*)

Trong đó:

 Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lu

 1 : hệ số tính đến sự suy giảm lới điện; 1 = 0,95

 Imax : dòng cực đại phần ứng động cơ Imax = (2  2,5)Iđm Chọn

Imax = 2,5Iđm = 2,5.32,2 =83 (A)

 Eđm = Uđm - RIđm = 220 - 0,472.33,2 = 204,3 205 (V)

 Umax : sụt áp cực đại do trùng dẫn

Umax = Uđm

udm I u

I max

ddm I udm I

Trong đó: Iđm là dòng định mức bộ biến đổi

Có Idđm = Iđm và Imax = 2,5Iđm  Umax = 2,5Uđm = 2,5Ud0UkYk

với Uk là điện áp ngắn mạch: Uk(%) = 5%  Uk = 0,05

và Yk =

% k U

1

max u u v udm

2

U Y 2 cos

I R U E

83.472,02,3205.05,1

256,5

 Ud0  257 (V)

 Uv0 = Ud0/1,35 190 (V)

Trong đó U2 : là điện áp ra của máy biến áp nguồn (truyền động 1)

3 Tính chọn biến áp nguồn BA:

Ta sẽ chọn máy biên áp đấu theo kiểu /Y vì do công suất của ta cần cung cấp là nhỏ ,đờng kính dây quấn là nhỏ nên sẽ có lợi nếu ta tăng số vòng dây dẫn lên 3lần và giảm tiết diện dây đi 3lần Để làm việc này, phía sơ cấp

sẽ đấu kiểu , phía thứ cấp đấu Y (/Y)

BA đấu theo kiểu /Y Điện áp lới UL = 380V

380 =3,46 =3,5

Dòng hiệu dụng thứ cấp BA:

1

27,1 = 7,75(A)Công suất định mức BA: