Đề tài thiết kế trang bị Điện cho truyền Động chính máy tiện

- Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác địnhcông suất hoặc mô men trên trục động cơ và thời gian làm việc ứng với từng giai đoạn.Công suất trên trục

2 Lời nhận xét của giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuậtnói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xãhội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiện thựctiễn của sản xuất đòi hỏi những người Kĩ Sư Điện tương lai phải được trang bịnhững kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng

Trong quá trình học môn Trang Bị Điện em được nhận đề tài: Thiết kế trang

bị điện cho truyền động chính máy tiện

Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớnnên bản đồ án không khỏi có những sai sót Em mong nhận được sự góp xây dựngcủa các thầy, cô giáo cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn Trong quátrình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của cácthầy, cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè Đặc biệt là sự giúp đỡ

của Thầy giáo Thái Hữu Nguyên và các thầy cô giáo công tác trong khoa điện.

Em xin chân thành cảm ơn !

Vinh, 25 tháng 12 năm 2020

Sinh Viên

Nguyễn Đình Dũng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN1.1 Đặc điểm công nghệ máy tiện

Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạnnăng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện đượcnhiều 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 cácdao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cở vài milimétđến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng)

độ Một trong những đặc điểm của máy tiện cở nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động

cơ trong phạm vi rộng Vì vậy phần nhiều người ta dùng động cơ địên một chiều kếthợp với tốc độ 3- 4cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hịên bằng cách thay đổi

từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng

1.2 Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện

1.2.1 Tốc độ cắt

Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp xúc Đây làthông số cơ bản để xác đinh chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độ cắt gọtcủa máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu làm dao và chi tiết gia công

- Lượng ăn dao: S (mm/vg)

- Chiều sâu cắt: t (mm)

- Tuổi thọ của dao: T

Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm:

T m t x V S y V , (m/ ph )

Trong đó:

- t là chiều sâu cắt,

- T là tuổi thọ (độ bền) của dao,

- S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng.

- CV, xV, yV, m là hệ số mủ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm giao và

phương pháp gia công Vật liệu gia công là gang, thép 45 vật liệu làm giao bằng

Thép hợp kim cường độ cao, nên chọn CV = 40 - 260 > lấy CV = 200; xV =

0,15 - 0,2 chọn: xV = 0,2; yV = 0,35 - 0,8 chọn: yV = 0,35; m = 0,1 - 0,2 chọn: m = 0,1;

T = 60 - 80 ph chọn: T = 60 ph

Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhât thì trong quá trình gia

công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bởi những thông số: 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 giảmdần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc củatrục chính theo quan hệ

Vz=0,5.dct.ωct.60.10−3, (m/ ph)

Trong đó:

- dct: là đường kính chi tiết (mm),

- ct: tốc độ góc của chi tiết (rad/s)

1.2.2 Lực cắt

Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúcgọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần:

- 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 thườnglực cắt được xác định theo công thức:

F Z =9, 81 C F t x F S y F V Z n

Trong đó: CF, XF, YF, n là hệ số và mủ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết

gia công và phương pháp gia công

Fmax Vzmin = Fmin Vzmax

Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ:

1.2.4 Thời gian máy

Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công nghệ hay thờigian hữu ích Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt vàphư ơng pháp gia công

Trong đó: - L: là chiều dài gia công,

- Vad: là tốc độ ăn dao,

- S: là lượng 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 vànăng suất sẽ tăng

1.3 Phụ tải của 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:

Trong đó: FZ là lực cắt (N)

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:

Mhi = FZ  (N.m)

 là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ.

 Mô men cản tỉnh trên trục động cơ:

 - 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 sátnơi gờ trượt của máy

Fms = FN  = [g (mb + mct ) + Fy ]  (N)

FN - là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt

: - 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 làtổng lực cắt và lực ma sát

FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ]  (N)

Khi đó mô men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là:

đối với chuyển động tịnh tiến là:

1.3.2 Cơ cấu truyền 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 nhiềuphương án khác nhau

1 Động cơ truyền động, 2 Hộp giảm tốc, Trục vít, 4 Bánh vít, 5 Bàn dao,

6 Băng máy

Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển tịnh tiếnbàn dao Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển bàn dao: Fad = k.Fx+ Fms + Fd (N)

- k = (1,2  1,5) là hệ số dự trữ;

- Fms là lực ma sát của bàn dao ở hướng gờ trợt

- Fd - là lực dính.

Fms =  (g.mb + FY + FZ), (N)

 - là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao:

Fd = .S (N)

 - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m2

S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm2;

Các thành phần lực ăn dao: Fx, Fms, Fd 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 làkhởi 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 dichuyển và lực dính:

Với hệ số ma sát khi làm việc,  = 0,05 0,15

* Mô men trục vít vô tận được xác định theo biểu thức:

Mtv = 0,5 Fad dtv tg() (N.m);

Trong đó: dtv - đường kính trung bình của trục vít vô tận, mm

 - góc lệch của đường ren trục vít, độ;

 - góc ma sát của đường ren trục vít, độ;

* Mô men cản tỉnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức:

i,  - 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 nênđộng cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mômen cản tỉnh ở tốc độ nhỏ nhất có tínhđến sự giảm mô men động cơ do điều kiện làm mát xấu và kiểm tra theo điều kiệnmômen khởi động

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 tiếtgia

công có đường kính lớn và được đặt trên mâm cặp nằm ngang Do trọng lượng mâmcặp và chi tiết lớn nên lực ma sát ở gờ trượt và hộp tốc độ khá lớn Vì vậy phụ tải trêntrục 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 diển các thành phần công suất của truyền động chính máy tiện

Đ th bi u di n các thành ph n công su t c a truy n đ ng chính máy ti n ồ ị ể ể ầ ấ ủ ề ộ ệ

+ Trong đó:

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 dolực ma sát và sự quay của mâm cặp

P5 là tổng công suất của truyền động chính.

CHƯƠNG 2 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG

TRỤC CHÍNH MÁY TIỆN 2.1 Quá trình chọn công suất động cơ

Việc chọn động cơ là hết sức quan trọng, nếu chọn công suất lớn hơn trị số cần

thiết thì vốn đầu tư sẻ tăng, động cơ thường làm việc ở chế độ non tải, làm cho hệ số

và hiệu suất thấp Nếu chọn công suất nhỏ hơn trị số yêu cầu thì sẽ không bảo đảmnăng suất cần thiết, động cơ chạy quá tải, giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vậnhành

* Quá trình tính toán chọn công suất động cơ được chia làm 2 bước:

+ Bước 1: Chọn sơ bộ động cơ theo trình tự sau Xác định công suất hoặc mô men tác dụng trên trục làm việc của hộp tốc độ

a - Xác định công suất trên trục động cơ điện và thành lập đồ thị phụ tải tỉnh

b - Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác địnhcông suất hoặc mô men trên trục động cơ và thời gian làm việc ứng với từng giai đoạn.Công suất trên trục động cơ được xác định theo biểu thức:

 - là hiệu suất cơ cấu truyền động ứng với phụ tải PZ

Trường hợp riêng thì Mhi = Mhiđm, kpt = 1 tương ứng với  dm

Khi đó:

x = a/b = const phụ thuộc vào cấu trúc, khối lượng phần quay và độ phức tạp của sơ

đồ động học khi tính toán ta thường lấy giá trị trung bình x = 1,5 khi đó ta sẽ có:

a = 0,6 (adm + bdm); b= 0,4(adm + bdm)

+ Bước 2: Kiểm nghiệm động cơ theo những điều kiện cần thiết, tuỳ thuộc vào đặcđiểm cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng,quá tải và mở máy

2.2 Phương án chọn công suất động cơ cho hệ truyền động chính

Truyền động chính của máy tiện thường làm việc ở chế độ dài hạn, tuy nhiên khigia công các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ do quá trình thay đổi nguyêncông và chi tiết thời gian quá lớn nên truyền động chính sẻ làm việc chế độ ngắn hạn

lặp lại Khi xác định công ruất động cơ truyền động chính phải tiến hành tính toán ởchế độ nặng nề nhất.

+ Để chọn công suất động cơ truyền động chính ta cần thực hiện các bước: Bước 1: Xác định các nguyên công cần thiết trong quá trình gia công chi tiết Bước 2: Từ các yếu tố cắt gọt xác định tốc độ cắt, lực cắt, công suất cắt và thời

Bước 3: Chọn nguyên công nặng nề nhất và giả thiết ở chế độ đó máy làm việc ở

chế độ định mức, từ đó tính hiệu suất của máy ứng với từng nguyên công

Bước 4: Tính công suất động cơ ứng với từng nguyên công.

Giả thiết trong thời gian gá lắp, tháo gở, đo, kiểm tra kích thước động cơ làm việckhông tải thì lúc này công suất trên trục động cơ chính là công suất không đổi của máyP0 = a.Pdm

Bước 5: Lập bảng tính toán và vẽ đồ thị phụ tải

Bảng 1.1 Thông số máy tiện

Smm/v

ωrad/s

Vm/ph

FZN

PZkW

kW

tMph

Bước 6: Động cơ được chọn theo công suất đẳng trị.

Trong đó:

Pci, tMi công suất trên trục động cơ, thời gian máy của nguyên công thứ i

P0j, t0j công suất không tải trên trục động cơ, thời gian làm việc không tải của

máy P0j = P0

Đồ thị phụ tải máy tiệnChọn động cơ có công suất định mức lớn hơn 20 - 30 % công suất đẳng trị:

Pđm = (1,2 - 1,3).Pdt

Bước 7: Động cơ truyền động chính máy tiện cần phải được kiểm nghiệm theo điều

kiện phát nóng và quá tải

 P02 = (a + b).PCO2

Điều kiện kiểm nghiệm động cơ:  PTB   Pdm

2.3 Tính chọn công suất động cơ

2.3.1 Số liệu ban đầu:

- Vật liệu chi tiết gia cụng: gang xám HB190

- Dao cắt bằng hợp kim

- Hiệu suất định mức của máy: đm = 0,75

- Chế độ cắt gọt (cho ở bảng)

Bảng 2.1: Thông số vật liệu chi tiết

Nguyên công Chiều dài gia công s (mm/vòng) t (mm)

- Nguyên công thứ nhất (tiện ngoài)

- Nguyên công thứ hai (tiện ngoài)

- Nguyên công thứ ba (tiện cắt)

- Nguyên công thứ tư (tiện cắt rãnh)

2.3.3 Xác định lực cắt

Được xác định theo công thức kinh nghiệm

Trong đó

Chọn CF = 92 là hệ số phụ thuộc vào vật liệu dao

xF = 1; yF = 0,75; n = - 0,15 là các số mủ phụ thuộc vào vật liệu gia công(theo sổ tay tra cứu kỷ thuật )

- Khi tiện mặt ngoài (NC1)

- Khi tiện mặt ngoài (NC2)

G0 = 1000 (N) là trọng lượng của mâm cặp,

G = 540.6 (N) là trọng lượng của chi tiết gia công FN:lực hướng kính được xác định theo tỷ lệ FZ: FY: FX = 1: 0,4: 0,25  FY = 0,4.FZ

- Lực ma sát khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công

FY = 0  Fms cad = (G + G0)  = (1000 + 540,6).0,06 = 92,436 (N)

FY1 = 0,4.FZ1 = 0,4.1491,12 = 596,44 (N) Fms1 = (G + G0 + FY1)  = (540,6 + 1000 + 596,44).0,06 = 128,2(N)

FY2 = 0,4.FZ2 = 0,4.1666 = 666,4 (N) Fms2 = (G + G0 + FY2)  = (540,6 + 1000 + 666,4).0,06 = 132,38 (N)

FY3 = 0,4.FZ3 = 0,4.2113,44 = 845.37 (N) Fms3 = (G + G0 + FY3)  = (540,6 + 1000 + 845,37).0,06 = 143,16 (N)

FY4 = 0,4.FZ4 = 0,4.4091,4 = 1636,56 (N) Fms4 = (G + G0 + FY4)  = (540,6 + 1000 + 1636,56).0,06 = 190,59 (N)

D: Là đường kính gia công d = 1 = 150 mm

- Mô men trên trục chính của máy khi có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết

-Khi tiện mặt ngoài (NC1)

- Khi tiện mặt ngoài (NC2)

- Khi tiện cắt (NC3)

- Khi tiện cắt rảnh (NC4)

* Mômen hữu ích trên trục động cơ:

- Mô men hữu ích trên trục động cơ khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết

- Khi tiện mặt ngoài (NC1):

- Khi tiện mặt ngoài(NC2)

- Khi tiện cắt (NC3)

- Khi tiện cắt rãnh(NC4)

2.3.6 Xác định công suất cắt:

+ Khi máy có tải nhưng dao cha ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

- Khi tiện mặt ngoài (NC2):

+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải nhưng dao cha ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công

- Khi tiện cắt rãnh (NC4):

+ Khi máy có tải nhưng dao cha ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

2.3.7 xác định hiệu suất ứng với từng nguên công

Chọn giá trị định mức ứng với nguyên công nặng nề nhất

+ dao chưa ăn vào chi tiết:

khi thực hiện tiện ngoài (nguyên công 3):+ dao chưa ăn vào chi tiếp

+ dao chưa ăn vào chi tiết:

2.3.8 Xác định công suất trên trục động cơ:

+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

- Khi tiện mặt ngoài (NC2):

+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

- Khi tiện cắt (NC3):+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công:

\+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công:

+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công:

Giả thiết trong quá trình tháo lắp chi tiết kiểm tra kích thước, chuyển từ nguyên côngnày sang nguyên công khác Động cơ quay không tải, công suất gọi là công suất không

P0 = a.Pđm = 0,2.2,282=0,456(kw)

2.3.9 Xác định thời gian máy:

Ta có:

- Khi tiện ngoài (NC1)

- Khi tiện ngoài (NC2)

- Nguyên công 3(tiện cắt):

- Nguyên công 4(tiện cắt rảnh):

- Thời gian chuyển đổi nguyên công:

t01 = t02 = t03 = t04 =30(s) = 0,5 (phút)

2.3.10.1 Chọn tốc độ động cơ

2.3.10.2 Phạm vi điều chỉnh

Các số liệu tính toán được ghi vào bảng sau:

Bảng 2.2: Các thông số để lựa chọn động cơ điện

ωrad/s

Vm/ph

FZN

PZkW

kW

tMph

Kiểm nghiệm bằng phương pháp tổn thất trung bình

Với:

P1 = (a + b).PC1 = 0,333.1,994=0,664(kw)

P2 = (a + b).PC2 = 0,333.3,043=1,013(kw) P3 = (a + b).PC3 = 0,333.2,145 =0,714 (kW) P4 = (a + b).PC4 = 0,333.2,88=0,959(kw) P01 = (a + b).PC1cad = 0,333.0,51=0,17(kw) P02 = (a + b).PC2cad = 0,333.0,53=0,176 (kW) P03 = (a + b).PC3cad = 0,333.0,585= 0,195(kW) P04 = (a + b).PC4cad = 0,333.0,55=0,183(kW)

= 0,837(kW)

Điều kiện kiểm nghiệm động cơ: PTB  Pđm

Ta thấy PTB = 0,837(kW) < Pđm = 4,5(kW)

Vậy: Động cơ được chọn phù hợp với điều kiện phát nóng Động cơ được chọn phù

hợp với tốc độ và yêu cầu của đề tài

2.3.12 Đồ thị phụ tải của truyền động trục chính máy tiện

Đồ thị phụ tải truyền động chính máy tiện

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

3.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ)

Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phátđiện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng

bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản

- Đ: Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ

- F: Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ

- ĐK: Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn

- K: Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ

* Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:

+ Để cho nĐ < ncb: Điều chỉnh biến trở RKF của máy phát tăng để giảm dòng điện

qua cuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từ F của máy phát thay đổi(giảm), làm cho UF giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt nĐ < ncb.Như vậy, bằng cách điều chỉnh biến trở RKF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ

+ Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đóng hoặc N đóng, dòng điện kích từ máy phát ICKF

đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông F, do đó UF đảo dấu, dẫn đến động cơ Đ đảochiều

* Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh:

+ Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0

3.2 Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ)

+ Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là:

- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên

- Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc độ.Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ Nên phải đưa các khâuphản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi

3.2.1 Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc Roto của FT được nối đồng trục với rotorđộng cơ Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ

Ta có: F2 = I2W2

EFT = KeFTnFT = KeFTn UFH = .dc với  là hệ số phản hồi âm tốc độ

Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi âmtốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải Mc và tốc độ đạt yêu cầu nyc Vì lý donào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác nyc thì nhờ quá trình phảnhồi âm tốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt nyc.

Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độQuá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi Mc tăng sẽ làm cho nĐgiảm < nyc Mà khi n giảm nên EFT giảm do đó I2 giảm  F2 giảm nên F = F1 - F2tăng dẫn đến EKĐMĐ tăng nên UĐ tăng do đó n tăng đạt đến nyc Và khi Mc giảm thìquá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơ đạt nyc

+ Phương trình cân bằng sức từ động: F = F1 - F2

Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điều

Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi điềuchỉnh Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt

3.2.2 Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt

Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì không đổitheo tốc độ đặt cho trước Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy Việc sử dụng cácthiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành Do đó người ta đưa vào hệ

+ Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm Uss, Rss và vanD

+ Khi Iư bé hơn trị số cho phép thì Uph < Uss do đó van D khóa nên F = 0 + Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đế Uph > Uss do đó van D mở nên F2  0  F = F1 -F2 giảm xuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơgiảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ

Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

3.2.3.1 Ưu điểm:

+ Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống có những đặctính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc.+ Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: Điều chỉnh kích thích máy phát và điềuchỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng đảo chiều quay bằng cách đảo chiềukích thích máy phát Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau:+ Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không+ Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ

+ Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn địnhvới tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng)

 Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ.+ Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm

+ Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rấttốt

+ Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điềuchỉnh

+ Hệ số cos khá cao

Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếmdiện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc Máy phát điện mộtchiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn

Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn,phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làmviệc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )

3.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động

cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor

- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào

bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổnđịnh tốc độ của động cơ và cả hệ thống

3.3.2 Đánh giá về hệ thống

3.3.2.1 Ưu điểm:

+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ sốkhuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 1000) + Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích

+ Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêngrất nhỏ, giá thành hệ thống thấp

3.3.2.2 Nhược điểm:

+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế + Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6  0,65) + Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn haophụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới + Mạch điều khiển phức tạp

3.4 Lựa chọn phương án truyền động

Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F – Đ

và T - Đ.Ta thấy: Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm riêng và nhược điểm riêng.Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thyristor là phương pháp linhhoạt nhất hiện nay Nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụkhông tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêucầu công nghệ

Dùng thyristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F - Đ cũng như các

hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được Nhờ BBĐ thyristor mà các trạng thái

cưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn Vì thyristor không có quán tínhnên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặc trưng bởi hailượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc của máy

và quán tính điện trở của máy phần ứng

Do đó so với hệ F - Đ sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta cóthể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ, để gia công các sản phẩmvới chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng, luôn sẵn

sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do vậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động chính máy tiện.

CHƯƠNG 4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1.1 Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch lực

Để cung cấp nguồn 1 chiều cho phần ứng động cơ một chiều kích từ độc lập, taphải sử dụng một mạch chỉnh lưu để biến đổi năng lượng dòng điện xoay chiều có sẵnthành năng lượng dòng điện 1 chiều Thực tế có rất nhiều phương án có thể sử dụngđược, tuy nhiên để có một mạch chỉnh lưu phù hợp với yêu cầu thiết kế ta cần xét mộtcách tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu Với yêu cầu thay đổi được điện áp đặt vàophần ứng động cơ thì các bộ chỉnh lưu điốt không thể làm thay đổi điện áp ra nên ta

Xét các dạng chỉnh lưu sau:

4.1.1.1 Chỉnh lưu Tiristor một pha:

- Chỉnh lưu một pha thường được chọn khi nguồn cấp là lưới điện một pha hoặccông suất tải không quá lớn so với công suất lưới (làm mất đối xứng điện áp lưới) vàtải không có yêu cầu quá cao về chất lượng điện áp một chiều

- Chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạchđiện áp quá lớn, thành phần hài bậc cao lớn: điều này không đáp ứng được cho nhiều

4.1.1.2 Chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha a) Sơ đồ mạch điện

Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trungtính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nốicùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anốt nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầunối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ

Hình 4.1 Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha

b) Nguyên lý hoạt động

Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thiristor T1 dương nhất,khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn,trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽqua T2 qua R,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R,L và

về nguồn(chú ý: các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cựcthuận)

Do tải có tải cảm lớn nên dòng điện trên tải là liên tục, tức là van dẫn sẽ vẫn dẫnkhi điện áp âm mà van còn lại chưa mở Xét: Van T1 đang dẫn, do suất điện động cảm ứng nên T1 vẫn dẫn điện cho đếnthời điểm t2 Khi đưa xung vào mở T2 thì sẽ xuất hiện một điện áp ngược đặt vào T1làm T1 khoá lại và quá trình khoá T1 là quá trính khoá cưỡng bức Từ thời điểm t2 t3 thì T2 dẫn điện, thời điểm t4 là khi chúng ta đưa xung mở T3

+ Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

+ Giá trị điện áp ngược trên van:

+ Dòng điện trung bình chảy qua thiristor: Iv = Id/3+ Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3

c) Đồ thị điện áp và dòng điện

Hình 4.2 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình tia 3 pha

d) Ưu điểm

So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều

tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, dochỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ  công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việcđiều khiển các van tương đối đơn giản

e) Nhược điểm

Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm Điện áp ra

có độ đập mạch lớn  xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao Hiệu suất sử dụngmáy biến áp không cao

a) Sơ đồ mạch điện

Hình 4.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu 3 pha

+ Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng gồm có 6 triristor chia thành 2 nhóm:

- Nhóm katốt chung gồm 3 triristor: T1,T3,T5

- Nhóm anốt chung gồm 3 triristor: T2,T4,T6.+ Điện áp các pha thứ cấp MBA có phương trình:

+ Góc mở  được tính từ giao điểm của hai điện áp pha

b) Nguyên lý hoạt động:

Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua

+ Khi    = π6 + α cho xung điều khiển mở T1 Tiristor này mở vì Ua  0 Sự mở

của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì U2a  U2c Lúc này T6 và T1 cho

dòng đi qua Điện áp ra trên tải: Ud  Uab  U2a  U2b

+ Khi     3 π6 + α cho xung điều khiển mở T2 Tiristor này mở vì T6 dẫn dòng

nó đặt U2b lên catốt T2 mà U2b  U2C Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một cáchtự

nhiên vì U2b  U2c.

Các xung điều khiển lệch nhau π3 được lần lượt đưa đến các cực điều khiển của cácthyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì nó sẽkhoá ngay tristor trước nó, như trong bảng sau:

Bảng 4.1 Các thời điểm mở khóa của thiristor

+ Điện áp trung bình trên tải

+ Điện áp ngược cực đại đặt lên van: Ungmax=2,45.U2+ Số lần đập mạch trong 1 chu kỳ là 6+ Dòng điện chảy qua các van là: IT = Id/ 3+ Công suất của máy biến áp: Sba=1,05.Pd

c) Đồ thị điện áp và dòng điện:

Hình 4.4 Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu hình cầu 3 pha

d) Ưu điểm

+ Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt.

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng + Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Udo = 2,34U2 -> nó có thể được sử dụngvới điện áp khá cao

e) Nhược điểm

+ Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp + Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp

+ Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa

Kết luận:

Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho

phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ

máy bào giường, nên em chọn sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều

khiển đối xứng là hợp lý hơn cả.

4.1.2.1 Khái quát chung

Quá trình đảo chiều chuyển động bàn máy cũng có rất nhiều phương pháp, nhưng

+ Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng kích từ

+ Đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng Tuy nhiên sử dụng phương pháp đảo chiều dòng kích từ có nhiều hạn chế, do cuộncảm có hệ số tự cảm lớn (quán tính từ lớn) nên làm tăng thời gian đảo chiều, không

thoả mãn cho truyền động máy bào giường Vì vậy ta chỉ xét quá trình đảo chiều động

cơ bằng đảo chiều dòng phần ứng.

4.1.2.2 Các phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phần ứng

Với hệ truyền động T - Đ để đảo chiều dòng phần ứng động cơ có hai cách cơ bản: + Đảo chiều nhờ các tiếp điểm công tắc tơ đặt trên mạch phần ứng + Đảo chiều quay nhờ hai BBĐ triristor mắc song song ngược

a) Đảo chiều dòng điện phần ứng bằng cách dùng công tắc tơ

Sơ đồ truyền động:

Hình 4.5 Sơ đồ truyền động đảo chiều động cơ bằng công tắc tơ

Trên sơ đồ: Cuộn kích từ CKĐ được cấp nguồn bởi một bộ chỉnh lưu CL2

Bộ chỉnh lưu CL1 tạo ra dòng điện một chiều có chiều không đổi ở phía đầu ra,trước khi đưa vào phần ứng động cơ, người ta bố trí các tiếp điểm công tắc tơ T và Nsao cho khi điều khiển các công tắc tơ này đóng tiếp điểm thì đảo được chiều dòngđiện phần ứng, dẫn đến đảo được chiều quay động cơ

Phương pháp này chỉ sử dụng cho các truyền động công suất nhỏ vì dòng hồquang phát ra giữa các tiếp điểm lớn Mặt khác do quán tính cơ điện của các khí cụ lớnnên tần số đảo chiều không cao, không phù hợp cho truyền động bàn máy bào giường

b) Đảo chiều dòng điện phần ứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược

+ Muốn đảo chiều quay động cơ, ta đưa tín hiệu điều khiển vào 2 bộ chỉnh lưu saocho CL1 hoặc CL2 mở để thay đổi chiều dòng điện phần ứng iưT và iưN.Phương pháp này vì sử dụng các khí cụ không tiếp điểm nên quá trình đảo chiều

êm, diễn ra nhanh, nhưng đòi hỏi mạch lực phức tạp hơn Quá trình đảo chiều còn phụthuộc vào việc lựa chọn phương pháp điều khiển, đó là phương pháp điều khiển chunghay riêng:

Phương pháp điều khiển chung: Tại một thời điểm cả 2 BBĐ nhận được xung

mở, nhưng chỉ có một BBĐ cấp dòng cho nghịch lưu, còn BBĐ kia làm việc ở chế độchờ Phương pháp này có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ động và chế độ tĩnhrất tốt Nhưng nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng tiêu tán năng lượng vô ích và luôntồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng Với sơ đồhình cầu 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng san bằng Phươngpháp này điều khiển phức tạp

Phương pháp điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽnhau Tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá dokhông có xung điều khiển Phương pháp này, đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằngphương pháp điều khiển chung, do có một khoảng thời gian trễ để dòng qua bộ vanđang làm việc giảm về = 0 thì mới cho bộ van thứ hai mở Tuy nhiên nó lại có ưu điểmhơn là làm việc an toàn vì không có dòng cân bằng chạy qua giữa các BBĐ và hệthống điều khiển đỡ phức tạp hơn

Từ hai phương pháp điều khiển trên, do đặc điểm và yêu cầu công nghệ của máybào giường, thấy rằng phương pháp đảo chiều quay động cơ nhờ đảo chiều dòng phầnứng bởi hai bộ chỉnh lưu cầu triristor mắc song song ngược là phù hợp nhất nên em lựa

chọn phương pháp này và sử dụng phương pháp điều khiển chung để điều khiển các

bộ chỉnh lưu Tiristor.

4.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ truyền động

4.1.3.1 Giới thiệu sơ đồ

Trên sơ đồ:

+ ATM là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạchphía sơ cấp MBA

+ BA là máy biến áp 3 pha, biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu của

bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ + K là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp + BI là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chế

+ BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầu kép

3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ + Đ: là động cơ 1 chiều, kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển động + CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cânbằng