Bài tập lớn môn học cơ cấu chấp hành và điều khiển 2

Hai xy lanh phải thực hiện hành trình làm việc ở cùng một tốc độ.. Áp suất làm việc phải được hiệu chỉnh thích hợp với vật liệu của chi tiết phôi.. Tải trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pi

CƠ CẤU CHẤP HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN

Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Đình Hiếu

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Như Lợi 2019605439

Nguyễn Bá Ngọc 2019605377 Nguyễn Việt Phong 2019604780 Lớp: Cơ điện tử 3 – K14

Hà Nội-2021

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà N ội, ngày tháng năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

ĐÁNH GIÁ, NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hà N ội, ngày tháng năm 2021

Giáo viên chấm phản biện

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp:Cơ điện tử Khóa: 14

2 Tên nhóm: Nhóm 3

3.Họ và tên thành viên: Nguyễn Như Lợi- 2019605439

Nguyễn Bá Ngọc- 2019605377

Nguyễn Việt Phong- 2019604780

II Nội dung học tập

1 Phần thuỷ khí thuỷ khí : Máy uốn tôn thuỷ lực dài 3 m lắp ráp với 2

xy lanh được liên kết bằng dấm máy ép

như hình Hai xy lanh phải thực hiện hành

trình làm việc ở cùng một tốc độ Áp

suất làm việc phải được hiệu chỉnh

thích hợp với vật liệu của chi tiết phôi Tải

trọng tĩnh cực đại tác dụng lên pittong là

5000 kg, vận tốc chuyển động ổn định của

pittong là 0.05 m/s, thời gian tăng tốc từ 0

tới 0.05m/s là 1(s) là; thời gian giảm tốc ở

cuối hành trình bằng thời gian tăng tốc; thời gian pittong thực hiện được một hành trình bằng 5s; áp suất của chất lỏng làm việc p=50at Máy ép phải có khả năng chỉ vận hành trong chế độ từng bước (INCHING) Máy ép phải đi đến trạng thái dừng nếu nút ấn dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) được nhấn

Hoạt động của sinh viên

- Nội dung 1: Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống?

- Nội dung 2: Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài?

2 Phần động cơ điện

Bài 1 : Cho động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 2,2 KW;

Uđm = 120V; Iđm = 25,6A; nđm = 1430 vg/phút Vẽ đặc tính cơ tự nhiên, đặc tính

cơ nhân tạo với Rưf = 0,78 

Bài 2 : Tìm trị số của các cấp mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập có: Pđm = 13,5 KW; Uđm = 120 V; Iđm = 145 A; nđm = 1050 vg/ph Biết rằng

đm

max

M  , mở máy với 3 cấp điện trở

Bài 3 : Động cơ một chiều kích từ độc lập có thông số: Pđm = 29 KW; Uđm

= 420 V; Iđm = 79 A; nđm = 1000 vg/ph; Rư = 0,05 Rđmlàm việc ở chế độ hãm tái sinh Xác định  khi Iư = 60 A, Rưf = 0

Bài 4 Động cơ không đồng bộ ba pha có thông số Pđm = 22,5 kW; Uđm = 380V; nđm = 1430vg/ph; r1 = 0,2; r’2 = 0.24; x1 = 0,39; x’2 = 0,46 Hãy xác định tốc độ động cơ  khi mô men phụ tải bằng định mức, trong mạch rôto mắc thêm điện trở phụ đã quy đổi về stato là 1,2Ω; trong mạch stato mắc thêm điện kháng X1f = 0,75

Câu 5: Cho một động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc có các thông số sau:

Công suất định mức của động cơ: Pđm = 55 KW

Áp dây định mức: Vđm = 660V / 380V – Y/ (Tần số nguồn điện f = 50

Hz )

Tốc độ định mức của động cơ : nđm = 980 vòng/phút

Hiệu suất định mức là : đm = 93,5%

Hệ số công suất lúc tải định mức: cosđm = 0,86

Bội số dòng điện mở máy của động cơ là mI = 6

Khi cấp nguồn áp 3 pha 380V (áp dây) vào động cơ, lúc mang tải định mức xác định:

1 Tần số của rotor?

2 Dòng điện định mức cấp vào stator động cơ?

3 Công suất điện từ? Khi biết tổn hao ma sát cơ, quạt gió chiếm 15% tổng tổn hao của động cơ; tổn hao thép chiếm 25% tổng tổn hao

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Giáo Trình Truyền Động Điện, Hệ Thống Tự Động

Th ủy Khí

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

TS Nguyễn Anh Tú TS Phan Đình Hiếu

M ục lục

CHƯƠNG 1 PHẦN THỦY KHÍ 8

1.1 Vẽ biểu đồ trạng thái, lưu đồ tiến trình của hệ thống 9

1.1.1 Biểu đồ trạng thái 9

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống 10

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài 10

1.2.1 Tính chọn xylanh 10

1.2.2 Tính chọn bơm dầu 13

1.2.3 Thiết kế mạch thủy lực và mạch điều khiển: 16

CHƯƠNG 2 PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 17

Câu 1: 17

Câu 2: 18

Câu 3: 20

Câu 4: 21

Câu 5: 22

Danh m ục hình ảnh

Hình 1 1: Biểu đồ trạng thái của mạch điện 9 Hình 1 2: Lưu đồ thuật toán của hệ thống 10 Hình 1 3: Mạch thủy lực 16

Danh m ục bảng biểu

Bảng 1 1: Áp suất tỷ lệ với đường kính 12

1.1.2 Lưu đồ tiến trình của hệ thống

Hình 1 2 : Lưu đồ thuật toán của hệ thống

*Chú thích: - pittong 1,2 đi ra: A+, B+

- pittong 1,2 đi vào: A-, B-

- Nút 1: nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi ra

- Nút 2: nút bắt đầu cho quá trình đẩy pittong đi vào

1.2 Tính chọn xy lanh, tính chọn bơm dầu, và thiết kế mạch thủy lực đáp ứng yêu cầu đề bài

- Van tiết lưu 1 chiều

Do đề tài có 2 xylanh lực như nhau, nên ta tính cho mỗi xylanh là như nhau:

- Đường kính trong của xy lanh

+ Trong đó:

m: khối lượng của vật thể chuyển động tịnh tiến

a: gia tốc của vật thể trước khi đạt được tốc độ ổn định

- Đường kính của xylanh lực được xác định theo công thức

+ Trong đó:

K: hệ số kể tới ảnh hưởng của tổn thất

𝐷 = √4𝐹𝜋𝑝 𝐾 = √𝜋 490,334.50250 1,3 = 13,02 (𝑐𝑚) Lấy trong đường kính trong xi lanh D theo tiêu chuẩn D = 125 mm

Xác định lại áp suất của chất lỏng làm việc để cho xy lanh thắng được tải trọng tác dụng:

𝑝 =𝜋𝐷4𝐹2 = 4 50250𝜋 12,52 = 409,47 (𝑁 𝑐𝑚⁄ 2) ≈ 42 (𝑎𝑡) Đường kính cần pittong d xác định gần đúng phụ thuộc vào áp suất p theo tỉ số 𝐷𝑑 sau:

𝑝 ≤ 15𝑎𝑡 15𝑎𝑡 ≤ 𝑝 ≤ 50𝑎𝑡 50𝑎𝑡 ≤ 𝑝 ≤ 80 ÷ 100𝑎𝑡 𝑑

B ảng 1 1: Áp suất tỷ lệ với đường kính

Áp su ất của chất lỏng làm việc trong điều kiện bài toán p = 42at Do đó ta chọn

𝐷 = 0,5 Đường kính cần pittong có giá trị bằng d=62,5mm, D=125mm

1.2.2.1 Tính toán lưu lượng

Thể tích cần cấp cho xylanh ở hành trình tiến ra:

𝑉1 =𝜋.𝐷42𝑆 =𝜋0,1254 2 0,15 = 1,84 10−3(𝑚3) = 1,84(𝑙í𝑡)

Thể tích cần để đẩy xylanh ở hành trình lùi về:

𝑉2 =𝜋.(𝐷−𝑑)4 2𝑆 = 𝜋(0,125−0,07)4 2× 0,15

= 3,56 10−4(𝑚3) = 0,356(𝑙í𝑡) Gọi lưu lượng thực của bơm là Q, thời gian hoàn thành mỗi chu kỳ là:

𝑡 = 𝑉𝑄1+𝑉𝑄2 = 10 ⇒ 𝑄 =𝑉110+ 𝑉2 =1,84 + 0,35610 = 0,2196 (𝑙 𝑠⁄ ) = 13,176(𝑙/𝑝) Lấy bơm có lưu lượng tăng dần từng bước 1ml/vòng đến khi đạt 5ml; hiệu suất thể tích là 88%, hiệu suất tổng là 80% Bơm được điều khiển trực tiếp thông qua một

mô tơ điện có tốc độ 1430 vòng/phút

Ta có lưu lượng riêng của bơm:

𝐷𝑝 =𝑛 𝑄

𝑝 𝑛𝑣 =

13,176

1430 0,88= 10,47(𝑚𝑙 𝑣𝑔)⁄Vậy ta cần chọn bơm có lưu lượng riêng là 10,47 ml/vg

Công suất truyền động động cơ:

𝑁 = 𝑝 𝑄 𝑛6 10−2=409,47 13,176 0.86 10−2 = 7,19(𝑘𝑤)

1.2.2.2 Tính toán đường kính ống thủy lực

Đường kính ống hút được tính theo công thức:

Với ống hút: 𝑣 = (0,8 ÷ 1,2) (𝑚𝑠)

ống đẩy: 𝑣 = (3 ÷ 5) (𝑚𝑠) ống xả: 𝑣 = (1 ÷ 1,6) (𝑚𝑠)

𝑑2 = √4𝑄𝜋𝑣1

2 = √4.22,08 10𝜋 60 (3 ÷ 5)−3

= (0,0097 ÷ 0,012)(𝑚) = (9,7 ÷ 12)(𝑚𝑚)

 Tổn thất cơ khí Tổn thất cơ khí do ma sát giữa các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau

 Tổn thất áp suất Tổn thất áp suất là sự giảm áp suất do lực cản trên đường chuyển động của dâu từ bơm đến cơ cấu chấp hành, phụ thuộc vào những yếu

tố khác nhau như:

+ Chiều dài ống dẫn + Độ nhẵn ống dẫn + Tốc độ dòng chảy + Độ lớn tiết diện ống dẫn

- Công thức tính tổn thất áp suất trong hệ thống truyền động thủy lực:

∆𝑝 = 𝑃0− 𝑃1 = 10 𝜉.2.𝑔𝜌 𝑉2.𝑑1 (1.5) Trong đó:

𝑃0 ∶ á𝑝 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑣à𝑜 𝑐ủ𝑎 ℎệ 𝑡ℎố𝑛𝑔

𝑃1 ∶ á𝑝 𝑠𝑢ấ𝑡 𝑟𝑎 𝑐ủ𝑎 ℎệ 𝑡ℎố𝑛𝑔

𝜌 ∶ 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑟𝑖ê𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑑ầ𝑢 (914 𝑘𝑔/𝑚2) 𝜉: ℎệ 𝑡ℎố𝑛𝑔 𝑡ổ𝑛 𝑡ℎấ𝑡 𝑐ụ𝑐 𝑏ộ

𝑉: 𝑣ậ𝑛 𝑡ố𝑐 𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 𝑏ì𝑛ℎ 𝑐ủ𝑎 𝑑ầ𝑢 (𝑚 𝑠⁄ ) 𝑔: 𝑔𝑖𝑎 𝑡ố𝑐 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 (10 𝑚 𝑠⁄ ) 2

1.2.3 Thi ết kế mạch thủy lực và mạch điều khiển:

1.2.3.1 M ạch thủy lực:

Hình 1 3: M ạch thủy lực

CHƯƠNG 2: PHẦN ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Câu 1:

Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên

Đường đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 trong số 3 điểm:

𝑀đ𝑚 =𝜔𝑃đ𝑚

đ𝑚 =2,2 10149,733 = 14,7 (N m) Như vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là điểm định mức: [14,7;149,73]

Xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo khi điện trở phụ Rf = 0,78 (ohm)

Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo qua các điểm không tải lý tưởng [0; ω0]

và điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [𝑀đ𝑚; ωnt]

Tốc độ góc nhân tạo (với mô men định mức)

Tọa độ điểm tương ứng với tốc độ nhân tạo [19,14;114,95], vậy ta có thể dựng

được đường đặc tính cơ nhân tạo có điện trở phụ trong mạch phần ứng

Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ định mức:

𝐼2 = 𝐼  =1 1,29 = 224,8 (𝐴) 290Dòng điện khởi động cấp 3:

𝐼3 = 𝐼  =3 224,8 1,29 = 174,27 (𝐴)Cấp điện trở tổng:

𝑅1 = 𝑅ư = 1,29.0,19 = 0,245(Ω)

𝑅2 = 𝑅1 = 1,29.0,245 = 0,316(Ω)

𝑅3 = 𝑅2 = 1,29.0,316 = 0,4(Ω) Điện trở phụ các cấp:

Câu 3:

Điện trở định mức:

𝑅đ𝑚 = 𝑈 𝐼đ𝑚

đ𝑚 = 420 79 = 5,31 (Ω)Điện trở phần ứng:

𝑅ư = 0,05𝑅đ𝑚 = 0,05 5,31 = 0,26 (Ω) Tốc độ góc định mức:

𝜔đ𝑚 = 9,55 = 𝑛đ𝑚 1000 9,55 = 104,71(𝑟𝑎𝑑 𝑠 ⁄ )

Mô men định mức của động cơ:

𝑀đ𝑚 = 𝜔 𝑃đ𝑚

đ𝑚 = 29 10 104,71 = 277 (𝑁 𝑚)3Suy ra:

𝐾Φđ𝑚 = 𝑀 𝐼đ𝑚

đ𝑚 = 277 79 = 3,5 (𝑊𝑏)Tốc độ không tải lý tưởng:

𝜔0 =𝐾𝜙𝑈đ𝑚

đ𝑚 =4203,5 = 120 (𝑟𝑎𝑑𝑠 )Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (𝜔 >

𝜔0) Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp nguồn: E > U, động

cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả năng lượng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ

𝐾Φ2 𝜔2 = 435,6Mà:

𝑟1𝑡 = 𝑟1 = 0,2Ω

𝑟2𝑡′ = 𝑟2′+ 𝑟2𝑓′ = 0,24 + 1,2 = 1,44(Ω) Điện kháng ngắn mạch của động cơ là:

𝑋𝑡𝑛𝑚 = 𝑋1+ 𝑋2′ + 𝑋1𝑓 = 0,39 + 0,46 + 0,75 = 1,6(Ω) Điện áp pha là:

𝑈1 =𝑈đ𝑚

√3 =

380

√3 = 219,3 (𝑉) Chế độ động cơ điện momen điện từ đóng vai trò là momen quay:

𝑀đ𝑡 = 𝑃đ𝑡

Trong đó:

𝑃đ𝑡 = 3𝐼2′ 2 𝑟 2′

𝑠: công suất điện từ của động cơ

𝜔1: tốc độ góc của từ trường quay Với dòng điện thứ cấp:

Ta có:

Tần số của Rotor:

→ 𝑓đ𝑚 = 𝜔2𝜋đ𝑚 = 16,33(𝐻𝑧)

𝑃đ𝑡 = 𝑃2+ ∆𝑃𝐶𝐾+𝑓+ ∆𝑃𝑑2 (2.15)

↔ 𝑃đ𝑡 = 𝑃2+ 15% ∑ ∆𝑃 + 25% ∑ ∆𝑃 (2.16)

→ 𝑃đ𝑡 = 55000 + 3823,53.0,4 ≈ 56,53 (𝑘𝑊)

TÀI LI ỆU THAM KHẢO

[1] Bộ môn Cơ điện tử, Bài giảng Cơ cấu chấp hành và điều khiển, ĐHCNHN, 2009 [2] Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện I, NXB KH&KT, 2001

[3] Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện II, NXB KH&KT, 2001

[4] PGS.TS Bùi Quốc Khánh, PGS.TS Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền điện, NXB KH&KT, Hà Nội, 1996

[5] Trường ĐHCNHN, Giáo trình Truyền động điện, NXB KH&KT, 2015