Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đếnhàng chục mét Trên máy tiện đứng.Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiệnTrong đó: Trang 7 Chuyển động chính của máy tiện là
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
Đặc điểm công nghệ máy tiện
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng).
Hình 1.2: Hình dạng bên ngoài máy tiện
1: Thân máy, 2: Ụ trước, 3: Bàn dao, 4: Ụ sau.
Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xà v.v Ở các máy cỡ nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế, đơn giản và đặc tính cơ cứng Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ.
Một trong những đặc điểm của máy tiện cỡ nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ trong phạm vi rộng Vì vậy phần nhiều, người ta dùng động cơ điện một chiều kết hợp với tốc độ 3-4 cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hiện bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng.
Các thông số đặc trung chế độ cắt dọt của máy tiện
Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp xúc Đây là thông số cơ bản để xác định chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độ cắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu làm dao và chi tiết gia công.
- Lượng ăn dao : S (mm/vg)
Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm:
- T là tuổi thọ (độ bền) của dao
- S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng
- C V , x V , y V , m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm dao và phương pháp gia công Vật liệu gia công là gang, thép CT45 và vật liệu làm dao bằng thép hợp kim cường độ cao, nên chọn: C V = 40 ữ 260 lấy C V 200; xV = 0,15 - 0,2 chọn: x V = 0,2; y V = 0,35-0,8 chọn: y V = 0,35; m = 0,1-0,2 chọn: m = 0,1; T = 60 ữ 80 ph chọn: T = 60 ph. Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình gia công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bởi những thông số như: độ sâu cắt t, lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiết giảm dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc của trục chính theo quan hệ:
- dct: là đường kính chi tiết (mm)
- ω ct : tốc độ góc của chi tiết (rad/s)
Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúc gọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần:
Hình 1.3: Các loại lực cắt
- Lực tiếp tuyến Fz: chống lại sự quay của chi tiết,
- Lực dọc trục Fx: chống lại sự di chuyển của bàn dao.
- Lực hướng kính Fy: Chống lại sự tì của dao và chi tiết.
Tỉ lệ các thành phần lực: Fz:Fy:Fx = 1 : 0,4 : 0,25.
Lực cắt là thông số quan trọng xác định từ các chế độ cắt của máy Thông thường lực cắt được xác định theo công thức kinh nghiệm:
Trong đó: C F , X F , Y F , n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết gia công và phương pháp gia công.
Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt là hằng số và được xác định.
Bởi vì lực cắt lớn nhất Fmax sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn, tương ứng với tốc độ cắt nhỏ Vzmin; còn gọi là lực cắt lớn nhất Fmax xác định bởi t, s tương ứng với tốc độ cắt Vzmin; nghĩa là tương ứng với hệ thức :
Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ:
Hình 1.4: Quan hệ giữa lực cắt và tốc độ cắt
Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ hay thời gian hữu ích Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt và phư- ơng pháp gia công.
- L: là chiều dài gia công
- V ad : là tốc độ ăn dao
- N: tốc độ quay của chi tiết vg/ph
Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao và năng suất sẽ tăng.
Phụ tải cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện
1.3.1 Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao.
Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay được xác định:
- d: là đường kính gia công (m)
Mô men hữu ích trên trục động cơ :
- i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.
Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến :
- ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ.
Mô men cản tĩnh trên trục động cơ :
- η : là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính
Với máy tiện đứng do có chuyển động trượt trên băng máy nên có xuất hiện lực ma sát nơi gờ trượt của máy.
- FN: là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt.
- μ : là hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp ở tốc độ định mức.
Ở chế độ xác lập lực kéo của các chuyển động mâm cặp được xác định là tổng lực cắt và lực ma sát.
FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ] μ (N)
Khi đó mô men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là:
2i η ( N m ) Đối với chuyển động tịnh tiến là:
1.3.2 Cơ cấu chuyển động ăn dao
Trong lực truyền động ăn dao động cơ thực hiện di chuyển bàn dao hoặc chi tiết để đảm bảo quá trình gia công Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau.
Hình 1.5: Cơ cấu chuyển động ăn dao
6 Băng máy Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiến bàn dao Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao:
- k = (1,2 ¿ 1,5) là hệ số dự trữ
- F ms : là lực ma sát của bàn dao ở hướng gờ trợt
- μ: là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt.
Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao:
- β - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m 2
- S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm 2
Các thành phần lực ăn dao: F x , F ms , F d không đồng thời trong quá trình làm việc Nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra thành hai chế độ làm việc là khởi động làm việc và ăn dao làm việc.
Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng củ bộ phận di chuyển và lực dính:
Với μ 0 = 0,2 ¿ 0,3 - hệ số ma sát khi khởi động.
Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính:
Với hệ số ma sát khi làm việc, μ = 0,05 ¿ 0,15
Mô men trục vít vô tận được xác định theo biểu thức :
- d tv : đường kính trung bình của trục vít vô tận; mm
- α : góc lệch của đường ren trục vít; độ
- ϕ : góc ma sát của đường ren trục vít; độ
Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức :
- i, η : là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền
Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần lượt chọn từ điều kiện mô men lớn nhất trong hai trị số mô men tương ứng với hai lực ăn dao khi khởi động và làm việc Bởi vì truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên động cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mômen cản tĩnh ở tốc độ nhỏ nhất có tính đến sự giảm mô men động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiện mô men khởi động.
Hình 1.6: Đồ thị phụ tải của chuyển động trục chính
Hình 1.7: Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao
1.3.3 Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện
Truyền động chính máy tiện đứng có đặc thù riêng Trên máy tiện đứng chi tiết gia công có đường kính lớn và được đặt trên mâm cặp nằm ngang Do trọng lượng mâm cặp và chi tiết lớn nên lực ma sát ở gờ trượt và hộp tốc độ khá lớn
Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính là tổng các thành phần lực cắt, lực ma sát ở gờ trượt, lực ma sát ở hộp tốc độ. Đồ thị biểu diễn các thành phần công suất của truyền động chính máy tiện.
- P1 là công suất khắc phục lực cắt
- P2 là công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trượt
- P3, P4 là công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tương ứng do lực ma sát và sự quay của mâm cặp
- P5 là tổng công suất của truyền động chính
Tính chọn công suất động cơ
1.4.1 Tổng hợp thông tin về hệ thống
Cơ cấu công tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi (kim loại) PH được cặp trên mâm và dao cắt DC (Hình 2.1) Khi làm việc động cơ Đ tạo ra mômen M làm quay trục, qua bộ truyền lực TL gồm đai truyền và các cặp bánh răng, chuyển động quay được truyền đến mâm cặp trên cơ cấu công tác có chiều ngược với chiều chuyển động Nếu dời điểm đặt của MCT về trục động cơ ta sẽ có mômen cản MC (thay thế cho MCT) Khi M MC hệ sẽ làm việc ổn định với tốc độ quay ω = const và độ cắt của dao trên phôi cũng sẽ không đổi
Hình 1.8: Truyền động mâm cặp máy tiện
Các thông số đã cho:
Bộ truyền lực có 2 cặp bánh răng có tỷ số truyền i1 = i2 = 5
Trọng lượng mâm cặp G = 300 kg
Trọng lượng chi tiết gia công GCT = 800 kg.
Lực tác động ăn dao ở chế độ nặng nề nhất: FC = 2000N
Momen quán tính của hệ truyền động JTĐ= 0,38 kgm 2 ; momen quán tính của mâm cặp và chi tiết JCT =0,252 kgm 2
Tính toán công suất động cơ
Công suất trên trục động cơ:
Momen quán tính quy đổi về trục động cơ:
Ta lựa chọn động cơ không đồng bộ Tra bảng đển chọn động cơ:
Hình 1.9: Bảng tra động cơ trên trang ABB
Ta lựa chọn động cơ: M3AA 90LB 3GAA 092 314 có các thông số như sau:
- Điện áp dây định mức:
- Tần số định mức: f = 50 Hz
- Tốc độ định mức: = 1425 rad/phút
- Hệ số công suất: cosφ= 0.79
LỰA CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG
Động cơ điện
Trong công nghiệp thường sử dụng nhiều loại động cơ song chúng ta cần chọn loại động cơ sao cho phù hợp nhất để vừa đảm bảo yếu tố kinh tế vừa đẩm bảo yếu tố kỹ thuật Dưới đây là 1 vài loại động cơ thường gặp:
- Động cơ điện một chiều: loại động cơ này có ưu điểm là có thể thay đổi trị số của mômen và vận tốc góc trong phạm vi rộng, đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng nhưng chúng lại có nhược điểm là giá thành đắt, khó kiếm và phải tăng thêm vốn đầu tư để đặt thiết bị chỉnh lưu, do đó được dùng trong các thiết bị vận chuyển bằng điện, thang máy, máy trục, các thiết bị thí nghiệm
- Động cơ điện xoay chiều: bao gồm 2 loại: một pha và ba pha
Động cơ xoay chiều một pha có công suất nhỏ do đó chỉ phù hợp cho dân dụng là chủ yếu
Động cơ xoay chiều ba pha: gồm hai loại: đồng bộ và không đồng bộ
- Động cơ ba pha đồng bộ có ưu điểm hiệu suất cao, hệ số tải lớn nhưng có nhược điểm: thiết bị tương đối phức tạp, giá thành cao vì phải có thiết bị phụ để khởi động động cơ, do đó chúng được dùng cho các trường hợp cần công suất lớn (>100kW), và khi cần đảm bảo chặt chẽ trị số không đổi của vận tốc góc
- Động cơ ba pha không đồng bộ gồm hai kiểu: rôto dây cuốn và rôto lồng sóc
- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn cho phép điều chỉnh vận tốc trong một phạm vi nhỏ (khoảng 5), có dòng mở máy thấp nhưng cos thấp, giá thành đắt, vận hành phức tạp do đó chỉ dùng hợp trong một phạm vi hẹp để tìm ra vận tốc thích hợp của dây chuyền công nghệ.
- Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc có ưu diểm là kết cấu đơn giản, giá thành hạ, dễ bảo quản, song hiệu suất thấp (cos thấp) so với động cơ ba pha đồng bộ, không điều chỉnh được vận tốc.
Từ những ưu, nhược điểm trên cùng với điều kiện hộp giảm tốc, ta chọn Động cơ ba pha không đồng bộ rôto lồng sóc.
Hình 2.10: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
Các hệ thống truyền động điện điều khiển động cơ không đồng bộ
Trước đây, nếu có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động cơ điện một chiều. Nhưng ngày nay nhờ kỹ thuật điện tử phát triển nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ không gặp nhiều khó khăn với yêu cầu phạm vi điều chỉnh, độ bằng phẳng khi điều chỉnh vànăng lượng tiêu thụ.
Phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:
Trên stato: Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn stato, thay đổi số đôi cực từ p dây quấn stato và thay đổi tần số f nguồn điện.
Trên rôto: Thay đổi điện trở rôto, nối cấp hoặc đưa sđđ phụ vào rôto. Một số hệ truyền động điều khiển động cơ không đồng bộ:
Điều khiển động cơ không đồng bộ bằng điện trở xung trong mạch roto.
Hệ điều khiển động cơ không đồng bộ bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều dùng Thyristor Hệ điều chỉnh pha Thyristor- Động cơ.
Hệ biến tần- động cơ không đồng bộ.
2.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Hệ số trượt tới hạn sm không phụ thuộc vào điện áp.
Nếu r’2 không đổi thì khi giảm điện áp nguồn U1, hệ số trượt tới hạn sm sẽ không đổi còn Mmax giảm tỉ lệ với bình phương diện áp.
Họ đặc tính cơ cho thấy tốc độ thay đổi khi thay đổi điện áp.
Phương pháp nầy chỉ thực hiện khi máy mang tải, còn khi máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần như không đổi.
Hình 2.11: Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp
Thay đổi điện áp nguồn có thể áp dụng những cách sau:
Phân áp bằng điện kháng
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều
Hình 2.12: Bộ điều áp xoay chiều
2.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp U1, tần số f1 và mômen M.
Trong công thức về mômen cực đại, nếu bỏ qua điện trở r1:
Khi thay đổi tần số đặc tính cơ thay đổi
Họ đặc tính cơ với U1 = const.
Hình 2.13: Đặc tính cơ của hệ BT-ĐCKĐB
Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số:
Hình 2.14: Sơ đồ khối của bộ biến tần
Rectifier – chỉnh lưu (AC → DC)
Inverter – Nghịch lưu (DC → AC)
f – control – điều khiển tần số
Giả thiết U’1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số f1’, căn cứ vào điều kiện năng lực quá tải không đổi:
Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu mômen không đổi:
Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch với tần số:
Khi thay đổi tần số f1, phải đồng thời thay đổi U1 đưa vào động cơ.
Trường hợp U1/f = const và tần số giảm có đặc tính cơ trên đồ thị, cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần MC = const khi vận tốc thay đổi.
2.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto
Hình 2.15: Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto
Thay đổi điện trở dây quấn rôto, bằng cách mắc thêm biến trở ba pha vào mạch rôto của động cơ rôto dây quấn.
Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên có kích thước lớn hơn biến trở khởi động.
Họ đặc tính cơ của ĐK rôto dây quấn khi dùng biến trở điều chỉnh tốc độ. Đặc điểm điều chỉnh: Khi tăng điện trở, tốc độ quay của động cơ giảm.
Hình 2.16: Đặc tính cơ của ĐK roto dấy quấn
Biến trở làm việc theo nguyên tắc “băm xung”.
Tần số đóng cắt và điện trở tương đương của mạch
Phương pháp nầy gây tổn hao trong biến trở nên làm hiệu suất động cơ giảm.
Tuy vậy, đây là phương pháp khá đơn giản, tốc độ được điều chỉnh liên tục trong phạm vi tương đối rộng nên được dùng nhiều trong các động cơ công suất cở trung bình.
Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ:
Hình 2.18: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở roto
2.2.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn
Năng lượng trên rô to với tần số f2 = sf1 lẽ ra tiêu hao trên điện trở phụ được chỉnh lưu thành năng lượng một chiều, sau đó qua bộ nghịch lưu được biến đổi thành năng lượng xoay chiều tần số f trả về nguồn.
Hình 2.19: Sơ đồ tầng điện
Lựa chọn hệ truyền động
2.3.1 Lựa chọn hệ truyền động:
Lựa chọn hệ truyền động: Biến tần – Động cơ KĐB xoay chiều 3 pha
Giải thích: Động cơ không đồng bộ có thể đáp ứng được những yêu cầu của hệ thống Động cơ không đồng bộ: là loại động cơ phù hợp với thiết bị có công suất nhỏ, rẻ, chắc chắn, độ tin cậy cao So với các loại động cơ điện dùng trong công nghiệp thì động cơ không đồng bộ được dùng nhiều hơn cả và chúng đang dần thay thế các loại động cơ một chiều Đến nay đã có phần lớn các cầu trục được trang bị bằng động cơ không đồng bộ, nhiều cơ cấu của máy cắt gọt kim loại, truyền động phụ của máy cán và nhiều cơ cấu trong lĩnh vực công nghiệp cũng sử dụng động cơ không đồng bộ Còn với một số truyền động trong thực tế dùng nhiều như băng tải, quạt gió, bơm nước…có công suất không lớn thì hầu như chỉ sử dụng động cơ không đồng bộ.
Khái niệm: Biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp (50Hz) sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ xoay chiều.
Nguyên lý hoạt động: Điện áp xoay chiều tần số công nghiệp (50 Hz) được chỉnh lưu thành nguồn một chiều nhờ một chỉnh lưu (CL) không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu điều khiển, sau đó được lọc và bộ nghịch lưu (NL) sẽ được biến đổi thành nguồn điện áp xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động cơ điện Bộ biến tần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
• Có khả năng điều chỉnh tần số theo giá trị tốc độ mong muốn.
• Có khả năng điều chỉnh điện áp theo tần số để duy trì từ thông khe hở không đổi trong vùng điều chỉnh momen không đổi.
• Có khả năng cung cấp dòng điện định mức ở mọi tần số.
Hình 2.20: Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động của biến tần
• Chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f1 thành dòng điện một chiều.
• Bộ lọc: cho phép thành phần một chiều của mạch động lực đi qua và ngăn chặn các thành phần xoay chiều Nó có tác dụng san bằng điện áp tải khi chỉnh lưu.
• Nghịch lưu: Nhiệm vụ biến đổi dòng một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều có tần số f2.
CHƯƠNG 3 TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO
Từ đó suy ra các thông số dẫn xuất:
Hình 3.21: Sơ đồ mạch lực
3.2.2 Tính toán lựa chọn mạch lực
3.2.2.1 Tính toán chọn mạch chỉnh lựu
Hình 3.22: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha dùng diode Điện áp ngược đặt lên van:
Chọn hệ số dự trữ áp là:
Dòng điện trung bình chạy qua van:
Ta có công suất tải tiêu thụ là:
Chọn hệ số dự trữ dòng là:
Bảng 3.1: Thông số diode chỉnh lưu
3.2.2.2 Tính toán chọn mạch nghịch lưu
Hình 3.23: Nghịch lưu độc lập nguồn áp ba pha
Hình 3.24: Dạng tín hiệu điều khiển các van và dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử trong sơ đồ NLĐL ba pha.
Tính chọn van IGBT: Điện áp pha cực đại đặt vào động cơ: Điện áp đầu vào của bộ nghịch lưu:
Chọn hệ số quá áp:
Ta có điện áp ngược cực đại đặt lên mỗi IGBT là:
Dòng điện cực đại đi qua IGBT là:
Chọn hệ số quá dòng:
Cuối cùng, ta có dòng điện cực đại đi qua IGBT:
Từ các chỉ tiêu đã tính toán ở trên, tra bảng Phụ Lục 3 (Tài liệu [1]) – Loại 6 IGBT kiểu đấu sẵn theo sơ đồ cầu 3 pha:
Ta lựa chọn 6 van IGBT BSM15GD120DN2:
Hình 3.25: Hình ảnh thực tế van IGBT BSM15GD120DN2
Bảng 3.2: Thông số van IGBT BSM15GD120DN2
Ucemax (V) Ic(A) Uce (bão hòa) P(W) R(K/W)
Bảng 3.3: Bảng lựa chọn van IGBT loại 6 IGBT kiểu đấu sẵn theo sơ đồ cầu 3 pha
Một số mạch lọc đã biết:
- Mạch lọc loại L: điều kiện lọc tốt là
- Mạch lọc loại C: điều kiện lọc tốt là , tức là tụ C phải rất lớn
- Mạch lọc loại LC: thực chất đây là sự kết hợp của hai loại lọc trên Vì vậy điều kiện để lọc tốt là
- Mạch lọc hình (lọc CLC) Đây là bộ lọc gồm hai mắt lọc, lọc C và
LC, mắc nối tiếp nhau Hệ số san bằng của bộ lọc bằng tích hệ số san bằng của từng mắt lọc Ta thấy rằng việc chọn tụ điện C có điện dung lớn khó khăn hơn rất nhiều việc chọn một cuộn cảm L có giá trị lớn Lọc hình được ứng dụng khi cần có
Trong trường hợp này, chúng ta lựa chọn bộ lọc loại LC. Áp dụng công thức tính hệ số san bằng: trong đó: suy ra:
Nếu chọn tần số f1PHz thì:
Trong đó, trị số điện cảm được xác định trước theo mong muốn của dòng điện liên tục:
Giá trị tụ điện C được tính theo biểu thức:
Khi đó, hệ số san bằng là:
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
4.1 Các phương pháp điều khiển
Ngày nay, động cơ điện đồng bộ được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển, trong công nghiệp vì nó có những đặc điểm vượt trội như hiệu suất, cos cao, tốc độ ít phụ thuộc vào điện áp
Tuy nhiên, việc điều khiển động cơ đồng bộ còn tương đối khó khăn, do đặc tính phi tuyến mạnh Những khó khăn trong việc ứng dụng động cơ đồng bộ chính là làm thế nào để có thể dễ dàng điều chỉnh tốc độ như việc điều chỉnh động cơ một chiều
Vì vậy, ý tưởng biến đổi máy điện xoay chiều thành máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và moment hoàn toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của dòng hoặc giá trị tức thời của áp Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của từ thông mà moment trong quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập.
Cũng như các hệ thống điều khiển khác, chất lượng của hệ thống điều khiển truyền động điện phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của các bộ điều khiển Ở đó hệ thống phải tạo ra được khả năng thay đổi tốc độ trơn, mịn với phạm vi điều chỉnh rộng, độ chính xác của đại lượng điều chỉnh ở chế độ tĩnh cao để tạo nên vùng làm việc với sai số nhỏ Hệ làm việc với bất cứ quá trình quá độ nào cũng phải đạt được độ ổn định cao và hệ phải có khả năng đáp ứng nhanh với yêu cầu điều chỉnh Tất cả những điều này thực sự đã đặt ra những yêu cầu càng ngày càng khắt khe hơn cho các hệ thống truyền động. Để giải quyết những vấn đề trên, nhiều giải thuật điều khiển của động cơ đồng bộ đã được nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực truyền động điện như:
Phương pháp điều khiển vector trực tiếp moment - Direct Torque Control – DTC
Phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông – Field Orientated Control – FOC
Hiện nay, các phương pháp này đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển hệ truyền động động cơ không đồng bộ Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, các phương pháp trên vẫn còn tồn tại những khuyết điểm như:
Với điều khiển V/f: chỉ dùng cho hệ truyền động có đặc tính thấp.
Với phương pháp điều khiển DTC: thì đáp ứng tốc độ thấp, moment điều chỉnh không trơn.
Với phương pháp điều khiển FOC: thì ở tốc độ trên danh định động cơ bị mất đồng bộ.
4.1.1 Giới thiệu về biến tần nguồn áp điều khiển theo phương pháp V/f Được sử dụng hầu hết trong các biến tần hiện nay Tốc độ của ĐCKĐB tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp Do đó, nếu thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì cũng sẽ thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ
Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa Điều này dẫn đến dòng từ hóa tăng, méo dạng điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, tổn hao đồng trong dây quấn Stator Ngược lại, nếu từ thông giảm dưới định mức sẽ làm giảm sẽ làm giảm khả năng mang tải của động cơ
Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ nhỏ hơn tần số định mức thường đòi hỏi phải giảm điện áp V cung cấp cho động cơ sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn tần số định mức, thường giữ điện áp cung cấp không đổi và bằng định mức, do giới hạn về cách điện stator hoặc điện áp nguồn
Ta có công thức sau:
Với f - tần số làm việc của động cơ, fđm- tần số định mức của động cơ.
Giả sử động cơ hoạt động dưới tần số định mức (a
R1/a, sụt áp trên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi Moment cực đại của động cơ gần như không đổi