Phân tích các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao máy tiện thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện f - đ

§1-1 c«ng dông vµ ph©n lo¹i m¸y tiÖn I. c«ng dông . M¸y tiÖn ®­îc dïng ®Ó gia c«ng c¸c chi tiÕt kim lo¹i b»ng c¸ch c¾t bít phÇn kim lo¹i thõa ®Ó sau khi gia c«ng chi tiÕt cã h×nh d¸ng gÇn ®óng yªu cÇu (gia c«ng th«). HoÆc tháa m•n hoµn toµn yªu cÇu ®Æt hµng víi ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh vÒ kÝch th­íc vµ ®é bãng cÇn thiÕt cña bÒ mÆt gia c«ng (gia c«ng tinh ). M¸y tiÖn cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu c«ng nghÖ kh¸c nhau nh­ tiÖn trôc ngoµi , tiÖn trôc trong, tiÖn c«n, tiÖn ®Þnh h×nh... Ngoµi ra trong m¸y tiÖn cßn cã thÓ thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng kh¸c nh­ doa, khoan, tiÖn ren. B»ng c¸c dao doa, dao c¾t, ta r« ren. ... KÝch th­íc gia c«ng trªn m¸y cã thÓ tõ cì vµi milimet ®Õn hµng chôc mÐt. Víi ®é chÝnh x¸c cao . II. ph©n lo¹i. Trong ngµnh c«ng nghiÖp nhãm m¸y tiÖn ®­¬c sö dông rÊt phæ biÕn, ®a d¹ng. Tuú theo yªu cÇu c«ng nghÖ mµ nhãm m¸y tiÖn ®­îc ph©n lo¹i nh­ sau: - Theo ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ta cã: + M¸y tiÖn ®¬n gi¶n. + M¸y tiÖn v¹n n¨ng.

Phần i Giới thiệu công nghệ máy tiện

Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh tiện trục ngoài ,tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình Ngoài ra trong máy tiện còn có thểthực hiện các chức năng khác nh doa, khoan, tiện ren Bằng các dao doa, daocắt, ta rô ren Kích thớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đếnhàng chục mét Với độ chính xác cao

II phân loại

Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đơc sử dụng rất phổ biến, đadạng Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm máy tiện đợc phân loại nh sau:

- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:

+ Máy tiện đơn giản

+ Máy tiện vạn năng

+ Máy tiện chuyên dùng

+ Máy tiện đứng

+ Rơvonve

- Theo kích thớc và trọng lợng chi tiêt gia công trên máy ta có:

+ Máy tiện bình thờng (trọng lợng chi tiết từ 100  1000 KG )

+ Máy tiện cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết cỡ 10.103  30.10 3 )

+ Máy tiện cỡ nặng (trọng lợng chi tiết cỡ 30.103 100.103 )

+ Máy tiện cỡ rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.103)

- Phân loại theo độ chính xác gia công ta có : Độ chính xác bình thờng, cao,

và rất cao

Đ1-2 đặc điểm chung của máy tiện

1

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

đặc điểm chung

Truyền động chính là truyền động quay chi tiết gia công, còn truyền

động ăn dao là truyền động tịnh tiến của bàn xe dao đảm bảo lợng ăn dao của

dụng cắt gọt kim loại Các truyền động tơng ứng đều làm việc ở chế độ dài

hạn Các truyền động phụ có thể là truyền động nhanh dần

Phần lớn các máy tiện trung bình và lớn đều sử dụng động cơ không đồng

bộ rô to lồng sóc làm truyền động chính (trừ máy tiện chính xác ) Với độngcơ rô to lồng sóc nó có u điểm là : Tính kinh tế cao, vận hành tin cậy, đặc tínhcơ cứng đồng thời nó rất thuận tiện khi có sự phối hợp với hộp tốc độ Để điềuchỉnh tốc độ ta thực hiện bằng phơng pháp cơ khí (trong phạm vi không rộnglắm ) Nếu khi yêu cầu điều chỉnh trong phạm vi rộng ( 50/1  70/1 ) ta cóthể sử dụng động cơ rô to lồng sóc có hai hay nhiều cấp tốc độ nhờ thay đổi

số đôi cực ở những máy tiện chính xác truyền động quay trục chính thờng sửdụng động cơ một chiều vì nó có u điểm về phơng pháp điều chỉnh tốc độ.Phạm vi điều chỉnh rộng, độ bằng phẳng khi điều chỉnh rất cao, mà còn tạo

điều kiện thuận lợi để điều chỉnh tốc độ có khoảng cách

II quá trình công nghệ trên máy

Quá trình công nghệ đợc tiến hành : Trớc tiên ta cho khởi động quay trụcchính ( cùng quay mâm cặp chitiết ) với tốc độ () sau đó điều chỉnh lợng ăndao (t) Nhờ sự chuyển động tịnh tiến của bàn dao nên chi tiết đợc cắt gọt mộtlợng theo đúng yêu cầu Muốn tiện theo chiều dài chi tiết ta cho bàn daochuyển động tịnh tiến dọc theo trục của chi tiết Còn khi ta cần cắt bỏ bớtchiều dài của chi tiết ta cho chuyển động của bàn dao vuông góc với trục chitiết

Truyền động chính ở đây là truyền động quay chi tiết và mâm cặp còntruyền động ăn dao là truyền động tịnh tiến dọc theo trục chi tiết

hoặc vuông góc với trục chi tiết Yêu cầu truyền động quay khi gia công phảithực hiện trớc và khi dừng phải dừng sau để tránh va đập làm mẻ dao và hỏng

bề mặt chi tiết gia công

Quá trình công nghệ trên máy tiện có nhiều nguyên công nh : Tiện thô,tiện tinh, cắt Khi thay đổi nguyên công đó ta ta phải cho dừng máy hoặcchạy không tải Để chế độ làm việc nguyên công khác

Dạng gia công trên máy tiện đợc thể hiện nh hình 1.1

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính máy tiện đứng là tổng cácthành phần lực cắt và lực ma sát

Trong quá trình cắt gọt nếu vận tốc cắt tăng và lực cắt tăng thì công suấtcắt tăng rất lớn sẽ gây va đập mạnh giữa dao và chi tiết sẽ không

đảm bảo yêu cầu công nghệ Để đảm bảo yêu cầu công nghệ thì truyền động chínhcủa máy tiện phải có công suất không đổi khi tốc độ thay đổi còn mô men tỷ lệnghịch với tốc độ nh vậy ở tốc độ thấp mô men có thể lớn

Ta có đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện nh hình vẽ 2

Để hệ thống truyền động có điều chỉnh với chất lợng tốt thì cần có đặctính điều chỉnh gần giống với đặc tính cơ của máy Khi đó động cơ đợc sửdụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải với mọi tốc độ

Máy tiện T1565 là máy có công suất lớn nên có yêu cầu điều chỉnh tốc

độ bằng phơng pháp điện và có phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp vì vậy phảidùng động cơ một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ bằng phơng phápthay đổi từ thông động cơ

2 truyền động ăn dao

Truyền động tịnh tiến của bàn dao với truyền động ăn dao thờng yêu cầupham vi điều chỉnh rộng Với máy tiện T1565 có công suất lớn nên truyền

động ăn dao phải yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp điện và sử dụng

động cơ truyền động riêng thờng là động cơ một chiều kích từ độc lập Điềuchỉnh tốc độ bằng phơng pháp thay đổi từ thông mạch phần ứng động cơ

+ Truyền động di chuyển nhành bàn hay ụ

ii đặc tính kỹ của động cơ truyền động chính

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

1 phạm vi điều chỉnh

Phạm vi điều chỉnh tốc độ của trục chính:D = max/min ;D <(40 125)/1.Truyền

động cho trục chính dùng động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất 100(kw)quá trình truyền động từ động cơ đến trục qua hộp thay đổi tốc độ Có ba cấp thay

Do vậy phạm vi điều chỉnh là :

D = Dd.d =25.5 = 125 :

2 độ trơn khi điều chỉnh Trị số tốc độ lân cận của truyền động chính có đợc khi điều chỉnh tốc độ

bằng cơ khí (có cấp) khác nhau năm lần tức là 1:5:25:125 (tơng ứng tốc độquay của động cơ ) Kết hợp hai phơng pháp điều chỉnh cả cơ và điện ta sẽ điềuchỉnh đợc vô cấp Với D = 125:1 Khi đó độ trơn khi điều chỉnh là :   1iii hệ thống truyền động điện

2 1 hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động

chính

Hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động chính của máy tiệnT1565 dùng hệ thống chỉnh lu bán dẫn cung cấp điện áp một chiều cho độngcơ một chiều kích từ độc lập Động cơ có công suất : P = 100(kw) Điềuchỉnh tốc độ động cơ bằng phơng pháp điện khí hoá thay đổi từ thông kích từ

động cơ Điều chỉnh từ thông bằng cách thay đổi điện áp kích thích đặt lêncuộn kích từ chỉnh lu bán điều khiển dùng hai tiristođiôt và hai điôt

2 đặc điểm của hệ thống truyền động điện

Hệ thống truyền động điện phải đáp ứng đợc các yêu cầu cơ bản sau:

+ Công suất cắt không đổi: P = const

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Chọn đợc loại động cơ có khả năng đáp ứng loại phụ tải của máy tiện,không gây lãng phí về năng lợng, giảm đợc tổn thất khi gia công Chọn đợcloại động cơ có tính năng kỹ thuật cao thuận tiện cho việc điều chỉnh, điềukhiển các thông số kỹ thuật cần thiết nh tốc độ

Thiết kế đợc hệ thống điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu phụ tải, chọn

đợc phơng án điều chỉnh tối u Sử dụng thuận tiện giá thành rẻ

ý nghĩa

Để đáp ứng đợc các yêu cầu cơ bản trong hệ thống máy tiện T1565 ta đa

ra các phơng án sử dụng các hệ thống truyền động khác nhau sử dụng các loại

động cơ khác nhau nh sử dụng động cơ không đồng bộ có hệ biến áp - độngcơ, biến tần - động cơ, sử dụng động cơ một chiều có hệ máy phát động cơ (F

- Đ) Khuyếch đại từ-Động cơ (kĐT- ĐC) Van Động cơ (V-Đ) Nhng các hệnày cũng có các u, nhợc điểm khác nhau Do đó mức độ phù hợp với yêu cầuchất lợng công nghệ của từng loại tải khác nhau Vì vậy việc lựa chọn, thiết kếsơ đồ nguyên lý cho truyền động chính máy tiện T1565 là rất cần thiết, nómang ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và kinh tế cho cả hệ thống truyền

động của máy trong cả quá trình sản xuất

Đ2-2 chọn động cơ truyền động

Để chọn đợc loại động cơ truyền động phù hợp với yêu cầu truyền động

ta đi xét các đặc tính cơ bản của các loại động cơ Tuy nhiên việc

xét hết tất cả các đặc tính của động cơ là rất phức tạp mà trong kiều kiện thực

tế hiện nay thờng sử dụng hai loại động sau: Động cơ một chiều kích từ độclập và động cơ không đồng bộ ba pha mang tính phổ biến vì nóp thuận tiệntrong sử dụng và có tính kinh tế cao Vì vậy ta sẽ đi xét hai loại động cơ nàycho truyền động chính máy tiện T1565

I động cơ một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ nguyên lý (hình 2)

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Sau đây ta sẽ lần lợt đi xét những ảnh hởng của từng tham số đó:

a- ảnh hởng của điện trở phần ứng : Giả thiết : U=Uđm=const

Nh vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đợc một họ đặctính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 4) Ta thấy khi thay đổi điện áp(giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảmứng với phụ tải nhất định Do đó phơng pháp này cũng có thể sử dụng để điềuchỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động

Rf

2

M 0



2

1

0



Uđm

U1

U2M

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Hình 4 - Đặc tính cơ khi thay

đổi điện áp phần ứng

b ảnh hởng của từ thông : giả thiết : U = Udm = const

x



 )2(

Ta thấy khi thay đổi  (giảm ) thì tốc độ động

trong thực tế Ưu điểm của loại động cơ này là

cấu tạo đơn giản, vận hành tin cậy, chắc chắn Ngoài ra động cơ đồng bộ sửdụng lới điện xoay chiều ba pha nên không phải trang bị thêm các thiết bị biến

đổi kèm theo Tuy vậy nó cũng có nhợc điểm là điều chỉnh tốc độ và khốngchế các quá trình quá độ khó khăn

Ta có phơng trình đặc tính cơ:

Mth =

) (

2

3

2 2 1 1 0

2

n

f

X r r

+ ảnh hởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato

+ ảnh hởng điện trở mạch rôto

+ ảnh hởng của suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ

+ ảnh hởng của tần số lới cấp cho động cơ

+ ảnh hởng của việc thay đổi số đôi cực (sảy ra đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ)

Sau đây ta sẽ lần lợt đi xét các ảnh hởng trên

a ảnh hởng điện trở , điện kháng phụ mạch stato :

khi ta nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch stato thì 1 = const Sth

giảm Mth giảm và có đặc tính cơ nh (hình 6) ứng với một giá trị tải nào đó thìtốc độ động cơ sẽ giảm nhanh.Phơng pháp thay đổi điện trở, điện kháng phụnày thờng đợc sử dụng để hạn chế dòng khởi động

01

02

giảm điện áp lới cấp cho động cơ :

Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy mômen tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độsuy giảm của điện áp lới trong khi đó tốc độ đồng bộ 1 giữ nguyên và độ trợt tớihạn Sth không thay đổi:

n X r

R

 = const

Nh vậy bằng cách thay đổi điện áp ta có thể thay đổi đợc tốc độ động cơ

Ta có đặc tính cơ nh (hình 7) đặc tính này phù hợp với tải không đổi Để thay

đổi điện áp cấp cho động cơ không đồng bộ ta có thể sử dụng các biến áp tựngẫu hoặc sử dụng bộ biến đổi xoay chiều-xoay chiều có điều khiển

Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thay đổi cách đấu dây Nếu thay đổi

số đôi cực P thì 1 thay đổi do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi Còn Sth

khôngphụ thuộc số đôi cực P nên không thay đổi nghĩa là độ cứng đặc tínhcơ vẫn giữ nguyên Nhng vì thay đổi số đôi cực ta phải thay đổi cách đấudây mạch stato nên do đó mà tùy từng trờng hợp mà các hệ sốUf ,R1 , X1

cũng thay đổi do đó cũng ảnh hởngtới Mth

d ảnh hởng của điện trở mạch rôto:Đối với động cơ không đồng bộ rô

to dây quấn ngời ta thờng mắc thêm điệntrở phụ vào mạch rôto để hạn chếdòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.Khi đa R2f vàomạch rôto thì:

1 = const

Mth = const

Sth = R2’ + R2’/Xnm

R2f càng lớn, Sth càng lớn thì  càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm (hình9) ứng với tải nhất định thì tốc độ sẽ thay đổi nhanh hơn và phơng pháp điềuchỉnh tốc độ này là không trơn

2 2

2

3

f L

U P M

Trờng hợp khi cần tần số giảm f1<fđm Nếu giữ nguyên điện áp U1 thì dòng

điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số) Dovậy khi giảm tần số ta phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho

động cơ sinh ra mô men nh trong chế độ định mức Và để điều chỉnh tần

số ta phải sử dụng bộ biến tần kết hợp với máy biến áp

0

 03

động cơ không đồng bộ

III chọn động cơ truyền động chính

Qua phân tích đặc tính của hai loai động cơ ta thấy động cơ một chiềukích từ độc lập có thể thay đổi tốc độ bằng phơng pháp thay đổi điện áp phầnứng, thay đổi từ thông kích từ Có thể điều chỉnh trơn dễ dàng Còn động cơkhông đồng bộ cũng có thể điều chỉnhtốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụstato, rôto, điện áp nguồn, thay đổi tần số Nhng đối với động cơ không đồng

bộ có nhợc điểm là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khókhăn Mặt khác theo yêu cầu

của máy tiện và tính năng của hai loại động cơ trên ta thấy động cơ một chiềukích từ độc lập có nhiều u điểm về tính năng sử dụng và dể dàng điều chỉnhtốc độ hơn mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn Đồng thờilại đạt chất lợng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh Vì vậy ta sẽ động cơmột chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động chính cho máy tiện T1565

K

R R K

Vì họ đặc tính cơ là các đờng thẳng song song nhau nên ta có:

M D





Ta thấy 0max , Mđm , Km Là các số xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh Dphụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng  Mặt khác với các tải có đặctính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh không lớn Vì vậy đốivới các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độlàm việc thì không thể sử dụng đợc

Trong phạm vi phụ tải cho phép nếu coi các đặc tính cơ tĩnh là tuyến tínhthì khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là

nh nhau do đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhấtcủa dải điều chỉnh Ta thấy rằng trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp thì từthông đợc giữ nguyên do đó mô men tải cho

phép của hệ sẽ là không đổi Mc.cp = Mđm Vì vậy thờng sử dụng phơng pháp

điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng đối với những hệtruyền động có mô men tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh

II phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ: M = K..I và sức điện động quay của động cơ E = k.. Khi điều chỉnh từ thôngta đợc họ đặc tính cơ nh hình vẽ :

Nếu từ thông chỉ giảm trong một phạm vi đủ nhỏ nào đó thì sẽ sảy ra hiệntợng làm tăng mô men cuả động cơ nghĩa là mô men Mb của động

cơ lúc đó lớn hơn mô men tải Mb > Mc Và truyền động sẽ tăng tốc Mặt khác

Để thấy rõ mối quan hệ giữa tốc độ với từ thông và mô men tải ta xét ờng hợp Mc = const



B K

A K

R M K

c

I

M U

R M

c u

U K

M R K

4

1 ) (

I

M U

M R







2 1

Vậy ta thấy rằng với Mc1 nào đó khi giảm từ thông từ giá trị Kđm tốc độ

sẽ tăng Khi K = Kct thì tốc độ đạt cực đại Sau đó nếu tiếp tục giảm từthông thì tốc độ sẽ giảm và khi K = K0 thì tốc độ bằng không

Nếu giảm mô men tải (Mc2 < Mc1 ) thì quy luật diễn ra nh trên nhng tốc độcao hơn Kct và K0 bé hơn

Vậy ta thấy rằng khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểuthức :  =

u

R

K 2

(K)2 Còn tốc độ không tải lý tởng lại tăng theo quan hệ 

R M

.

1

0





Nh vậy độ chính xác duy trì tốc độ không cao

Vì mạch kích từ có công suất nhỏ bằng (2  5)% công suất định mức của

động cơ Nên có thể thực hiện điều chỉnh tinh hoặc vô cấp cũng có thể khôngcần sử dụng điện trở phụ Rf mà sử bộ điều áp lấy từ bộ thiết bị biến đổi để

điều chỉnh kích từ Khi đó ta có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo đợcnhững đặc tính tốt.

Với việc điều chỉnh kích từ nói chung giải điều chỉnh không rộng Tốc độnhỏ nhất min bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (khi  = đm ) Tốc độ lớn nhất

max bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động cơ.Những động cơ thông dụng chỉ cho phép max  1,5đm Nghĩa là D 1.5 Các

động cơ đặc biệt có thể có giải điều chỉnh từ 4  8

III chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ

Qua phân tích nh trên ta thấy: Với phơng pháp điều chỉnh điện áp phầnứng động cơ thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là nh nhau Vì trong suốtquá trình điều chỉnh điện áp từ thông kích từ đợc giữ nguyên do đó mômentải cho phép của hệ thống sẽ là không đổi Mc.cp = Mđm Vì vậy ngời ta thờng

sử dụng phơng pháp này với những trờng hợp Mc=const trong toàn dải điềuchỉnh Còn với những hệ thống truyền động điện có mô men tải là hàm giảmcủa tốc độ Mc = 1/ thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từthông kích từ Với phơng pháp này có thể tốc độ chỉ tăng đơn trị, từ thôngcàng giảm tốc độ càng tăng Do đó dòng điện phần ứng (I) nằm ở mức khônggây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá và mô men vẫn đảm bảo khả năng quá tải(trong khoảng thời gian ngắn)

Vậy ta thấy với hệ thống truyền động điện của máy tiện T1565 có:

P = cons

M = 1/

Phù hợp phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông kích từ Vậy

ta sẽ sử dụng phơng pháp này để điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động chínhcủa máy tiện T1565

1- máy phát một chiều

Với máy phát một chiều có đặc điểm là giải điều chỉnh rộng có thể nângcao độ cứng đặc tính cơ nhờ sử dụng hệ thốnh truyền động tự động và giảmsai lệch tĩnh S% Đặc biệt có u điểm là linh hoạt trong việc chuyển đổi chế độlàm việc Dễ dàng tạo ra hệ thống với chất lợng cao Tuy nhiên việc sử dụngmáy phát có nhợc điểm là công suất đặt thờng lớn hơn công suất yêu cầu gấp ba lần

và do sử dụng máy điện quay nên tiếng ồn rất lớn, chiếm nhiều diện tích lắp đặt, nềnmóng lắp đặt phải chắc

Từ việc phân tích trên ta thấy bộ biến đổi van có những nhợc điểm tuynhiên ta có thể khắc phục đợc Mặt khác nó cũng có nhiều u điểm hơn hẳn bộ

biến đổi sử dụng máy phát vì vậy ta sẽ sử dụng bộ biến đổi van cung cấpnguồn một chiều cho động cơ.

Sơ đồ ba pha có giá thành đắt hơn sơ đồ một pha, mạch điều khiển phứctạp hơn tuy nhiên chất lợng điện áp ra tốt hơn nó hoàn toàn đáp ứng đợc yêucầu công nghệ của máy tiện Để thấy đợc u, nhợc điểm của từng loại sơ đồ sau

đây ta sẽ đi xét từng loại sơ đồ

1 sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha có đi ôt D 0

Ta có các thông số ở đầu ra có giá trị đợc xác định theo các biểu thức sau:

; Ivtbmax =

3

d I

Giản đồ dòng và áp trên các van nh hình sau:

Kết luận : Từ các biểu thức trên ta thấy: Mạch chỉnh lu hình cầu ba pha

cho ta chất lợng điện áp đầu ra cao hơn, bằng phẳng hơn sơ đồ chỉnh lu hìnhtia ba pha do đó ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh lu hình cầu ba pha Vì với sơ đồ này ta

có thể không cần sử dụng máy biến áp Khi có nguồn phù hợp ta chỉ cần sửdụng các cuộn kháng để hạn chế dòng điện ngắn mạch và tốc độ tăng củadòng điện anôt chỉnh lu

Đ2-5 chọn phơng pháp hãm dừng

Hãm là một trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngợc chiều tốc

độ quay của rôto Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ởtrạng thái máy phát

Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm:

Hãm tái sinh sảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tởng nhờphụ tải có tính thế năng Khi hãm tái sinh E > U1 động cơ làm

việc nh một máy phát điện song song với lới So với chế độ động cơ ở chế độ hãmtái sinh dòng điện và mômen đổi chiều Và đợc xác định:

Ih =

R

K K

K

R I

K

R

2 0

Hãm ngợc là một trạng

hãm ngợc sảy ra hai trờng hợp:

1 Đa thêm điện trở phụ mạch phần ứng

khi ta đa thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơsao cho mô men ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mô men cản Trờnghợp này chỉ xảy ra với tải thế năng

2 đảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay :

giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm trên đặc tính tự nhiên(hình15) với phụ tải là Mc1.Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đa thêm điện trởphụ (Rf)vào mạch phần ứng Động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b trên

đặc tính biến trở ở chiều quay ngợc Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theochiều cũ còn mômen đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanhtheo đoạn bc Tại điểm c tốc độ bằng 0 Nếu cắt phần ứng ra khỏi l ới động cơ

sẽ dừng lại Còn nếu tiếp tục đóng phần ứng vào lới và nếu tại c mômen của

động cơ lớn hơn cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngợc lại và làm việc xác lập tại

điểm d ứng với tải phản kháng.đoạn bc là đoạn đặc tính hãm ngợc.trên đoạnhãm ngợc vì điện áp đổi cực tính nên:

Ih =

f u f

E U R

R

E U

Mhđb = KIh < 0

độngnăng

Hãm động năng sảy ra nh sau: Khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng động cơ

ra khỏi lới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm Rh còn mạch kích từvẫn đóng vào nguồn điện nh cũ để tạo ra =const

Tại thời điểm cắt phần ứng ra khỏi lới điện Do động năng đã tích luỹ đợc

ở quá trình làm việc trớc đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban

đầu bđ và sức điện động ban đầu Ebđ=Kbđ

Dòng điện hãm ban đầu:

Ihbđ =

f u

bd f

u

bd

R R

K R

)

Ta thấy độ cứng đặc tính cơ phụ thuộc trị số Rh Khi =const Rh càng nhỏ thì đặctính cơ càng cứng, mô men hãm càng lớn hãm càng nhanh



a TN b

M

Mc1

Mc2

1HN

0

c d

0

d

động cơ sẽ dừng hẳn Đoạn đặc tính hãm động năng là đoạn b10, hoặc đoạn

Và động cơ động cơ làm việc nh một máy phát độc lập với lới toàn bộ cơnăng đợc biến thành điện năng tiêu tán trên điện trở tổng mạch phần ứng dớidạng nhiệt

Phơng trình cân bằng công suất: EI = (R + Rh)I2

Ta thấy rằng với phơng pháp hãm này đơn giản, dễ thực hiện, có thể thựchãm bằng các tiếp điểm thuận nghịch của công tăc tơ đảo chiều để tách phầnứng động cơ ra khỏi nguồn để hãm dừng Vậy ta sử dụng phơng pháp hãm

1G T

T

N

N

N T

K

R

 D

1RG12RG1

2R G2 1RG2

RI

Rf1

Rf2R

h

CK

II- Giới thiệu sơ đồ

Máy tiện T1565 là một máy tiện đứng có công suất tơng đối lớn nguyên lýmạch phần ứng nh hình 17 Sơ đồ bao gồm:

Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập Là động cơ truyền động chính

động cơ đợc cấp điện từ bộ chỉnh lu cầu ba pha

CK : Là cuộn kháng trong mạch nguồn xoay chiều dùng để hạn chế tốc độtăng của dòng qua van

AT : áp tô mát dùng để đóng cắt nguồn cung cấp cho bộ biến đổi Và bảo

vệ bộ biến đổi khi sảy ra ngắn mạch

Rf1 , Rf2 : Là các biến trở phụ dùng để hạn chế dòng điện khi khởi động

động cơ

Rh : Là điện trở hãm động năng

pháp hạn chế dòng

điện khởi

-D

N T

ờng rất lớn Mặt khác khi khởi động từ thông khi đó còn thấp vì vậy dòng điệnkhởi động thờng rất lớn vì vậy ta cần phải khống chế dòng điện Việc khốngchế dòng

điện có thể thực hiện theo nguyên tắc dòng điện Vì ta điều chỉnh tốc độ theophơng pháp thay đổi từ thông nên ở ta sử dụng nguyên tắc rung giảm từ thông.Quá trình khởi động đợc chia làm hai giai đoạn:

+ Khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên bằngcách đa điện trở phụ vào mạch phần ứng khống chế tự động theo nguyên tắctốc độ

+ Tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từthông Việc hạn chế dòng điện trong giai đoạn này đợc thực hiện bằng cách runggiảm từ thông, tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện

1 khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên

Giả thiết ta khởi động theo chiều quay thuận Ta ấn nút khởi động thuận

 T tác động  mạch phần ứng động cơ đợc nối vào nguồn một chiều lấy từ

đầu ra của bộ chỉnh lu theo chiều thuận

Tại thời điểm ban đầu 1G và 2G cha làm việc toàn bộ điện trở phụ đợc đavào mạch phần ứng động cơ Từ thông động cơ đc có giá trị bằng 0,7đm Và

động cơ bắt đầu tăng tốc Khi tốc độ động cơ đạt giá trị bằng giá trị tác độngcủa rơ le 1RG  1RG có điện đóng tiếp điểm thờng hở mắc nối tiếp từ cuộn1G  1G có điện đóng các tiếp điểm thờng hở 1G Nối ngắn mạch cấp điệntrở phụ thứ nhất Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính thứ hai với cấp

điện trở Rf2 Đồng thời 2RG đợc cấp điện Động cơ vẫn tiếp tục tăng tốc đếnkhi đạt đến tốc độ n2 thì điện áp đặt lên 2RG cũng đủ giá trị tác động  2RG

có điện  đóng tiếp điểm thờng hở của nó nối tiếp với cuộn dây 2G  2G có

điện nối ngắn mạch tiếp các điện trở phụ Rf2  Động cơ đợc chuyển sang khởi

động trên đặc tính tự nhiên  Tốc độ tăng  I giảm dần Khi dòng phần ứng

động cơ giảm xuống bằng giá trị trở về của rơ le dòng điện RI thì rơ le Rcha làm việc khi đó ta có Ucđ = 0, nên tốc độ tăng  n Uđk giảm  tăng Và  tăng từ 0.7đm   = đm

2 tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từ thông

Khi động cơ làm bắt đầu khởi động trên đặc tính tự nhiên thì dòng điện còn lớnnên RI còn đang tác động dẫn đến K mất điện  R mất điện  Ucđ = 0

Khi tốc độ tăng dần dẫn đến dòng điện giảm dần và khi I = Itv (giá trị trở

về của RI) thì RI nhả  K mất điện  R có điện  xuất hiện Ucđ  động cơkhởi động ở giai đoạn hai Uđk tăng   tăng  Ukt giảm   giảm  tốc độtiếp tục tăng Trong khoảng thời gian này thông thờng sự giảm của  diễn ranhanh hơn sự tăng của tốc độ làm cho sức điện động giảm làm Ităng Nếu Ităng đến giá trị tác động của RI  RI làm việc  K mất điện  R mất điện.Nguồn cung cấp điện áp chủ đạo đợc cắt ra do sự phóng điện của C3 qua WR

và R2 và Ucđ giảm xuống (không mất ngay )  Ucđ giảm  Uđk tăng   giảm

 Ukt tăng   tăng  E tăng  I giảm

Khi I giảm bằng giá trị trở về của rơ le RI  RI nhả  K có điện  R

có điện  nguồn cung cấp chủ đạo lại đợc đóng vào mạch phân áp chủ đạo 

C3 lại đợc nạp  Ucđ tăng   giảm Quá trình diễn ra đợc lặp lại một số lầncho đến khi RI giảm mà tốc độ động cơ đạt giá trị đủ lớn dòng qua phần ứng

động cơ tăng và đạt đến giá trị RI thì RI ngừng làm việc điện áp chủ đạo bằnggiá trị đặt, Động cơ sẽ tăng tốc chuyển tới tốc độ làm việc Quá trình khởi

động kết thúc Nếu ta muốn điều chỉnh từ tốc độ thấp lên tốc độ cao hơn thì hệthống sẽ điễn ra giống nh ở giai đoạn hai của quá trình khởi động

Đ 2-8 chọn bộ biến đổi mạch kích từ

chọn bộ biến đổi

Để đơn giản cho mạch kích từ ta cũng sẽ chọn bộ biến đổi sử dụng cácvan bán dẫn Với máy tiện T1565 ta sử dung phơng pháp điều chỉnh tốc độbằn cách thay đổi dòng điện qua cuộn kích từ vì vậy ta cũng sẽ sử dụng bộbiến đổi một chiều sử dụng các van có điều khiển

I chọn sơ đồ mạch chỉnh lu

Vì cuộn kích từ có công suất nhỏ hơn công suất mạch phần ứng nên ta cóthể sử dụng các sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha có điều khiển hoặc bán điềukhiển Để thấy đợc tính u, nhợc điểm của từng loại sơ đồ sau đây ta sẽ lần lợt

đi xét hai sơ đồ hình cầu một pha bán điều khiển và điều khiển hoàn toàn

1 sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp: (hình 18)

biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Eđ , Lđ , Rđ : Là các phần tử phụ tải

U1, U2 : Là điện áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA

i 1 , i2 : Là dòng điện trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA

a Nguyên lý làm việc của sơ đồ :

Xét với phụ tải Lđ = 

Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trớc thời điểm t = v1 =  thì trongsơ đồ hai van T3, T4 đang dẫn dòng Tại t = v1 =  thì hai van T1 , T2 đồngthời có tín hiệu điều khiển lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận (UT1 =

UT2 = U2) Do vậy cả hai van này cùng mở Hai van T1 T2 mở nên sụt điện áptrên chúng giảm về bằng không.Và ta có:

Đến t =  thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác

động ngợc chiều với chiều dòng qua T1,T2 Đồng thời T3 , T4 lúc này có điện

áp thuận nhng vẫn cha mở vì cha có tín hiệu điều khiển vì vậy mà T1, T2 vẫntiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động sinh ra trong Lđ dòng tải có su hớnggiảm

Tại t = v2 =  +  thì T3,T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển Trên haivan đang có điện áp thuận nên T3, T4 mở Khi hai van T3, T4 mở thì sụt điện

i

U1 * *

Và Tại T =  +  thì U2 > 0 tức là T1, T2 bị đặt điện áp ngợc và khoálại lúc này trong sơ đồ chỉ có hai van T3, T4 khi hai van T3,T4 làm việc ta có:

Uđ = U2 ; UT1 = UT2 = U2 ; UT3 = UT4 = 0

iT1 = iT2 ; iT3 = iT4 = i đ = Iđ

Đến  = 2 thì U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng nó cótác động ngợc với chiều dòng qua T3, T4 đồng thời T1,T2 đợc đặt điện ápthuận nhng T1, T2 vẫn cha mở vì cha có tín hiệu điều khiển nên sức điện động tựcảm Lđ vẫn làm cho T3, T4 mở và tiếp tục dẫn dòng

Đến t = v3 = 2 +  thì T1,T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển nên T1, T2

cùng mở T3, T4 bị đặt điện áp ngợc và khoá lại Từ thời điểm này sơ đồ lại lặplại trạng thái nh từ t = v1

Uthmax = UTngmax = 2 U. 2 ; I2 =

ba

d K

I

; I2 =

2

d I

2 sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha bán điều khiển Sơ đồ nguyên lý và giản đồ dòng và áp (Hình 20)

Giả thiết: Trớc thời điểm t = v1 =  thì trong sơ đồ có hai van T2 và D2

làm việc Lúc đó ta có Ut1 = U2 > 0 nhng T1 còn cha mở vì cha có tín hiệu điềukhiển Tại t = v1 =  thì T1 có tín hiệu điều khiển T1 có đủ hai điều kiện để

U2 < 0 Tức là T1 bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại Do vậy từ t = v2 trong sơ

đồ chỉ có T2 và D1 cùng dẫn dòng khi hai van T1 và D2 dẫn dòng ta có:

2

U1 * *

ta cần có bốn kênh điều khiển để mở các Tiristo vì vậy sẽ phức tạp hơn cho hệthống Ta biết rằng với mạch kích từ đòi hỏi công suất không lớn lắm nên ta

có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha bán điều khiển sử dụng haitiristo và hai điôt với sơ đồ này nó cũng có thể đáp ứng đợc các yêu cầu trong

hệ thống mà ta chỉ cần sử dụng hai kênh điều khiển nên sẽ đơn giản cho mạch

điều khiển và sử dụng ít thiết bị hơn sẽ kinh tế hơn

2-10 thiết kế mạch điều khiển tiristo (t 1 , t 2 )

Nh ta đã biết để cho các van của bộ chỉnh lu mở tại những thời điểm

mong muốn ta cần phải có mạch phát ra các xung điều khiển đa đến mở cáctiristo tại những thời điểm yêu cầu nh: Biên độ, công suất và thời gian tồn tại

để mở chắc chắn các van khi cần thiết Vì vậy ta cần phải phân tích chọn cácmạch điều khiển đáp ứng các yêu cầu trên và phải đảm bảo chất lợng cao.Hiện nay hệ thống điều khiển thờng sử dụng ba phơng pháp phát xungchính đó là:

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang

- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc sử dụng điôt hai cực gốc

I mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha

đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu

điện áp tựa hình răng ca thay đổi theo chu kỳ điện áp lới và có thời điểm xuấthiện phù hợp góc pha của lới với điện áp một chiều thay đổi đợc

Hệ thống này có nhợc điểm là mạch khá phức tạp song nó cũng có những

u điểm nổi bật nh: Khoảng điều chỉnh góc mở  rộng, ít phụ thuộc vào sự thay

đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá Mỗi chu kỳ của điện áp anôt của tiristo