đồ án trang bị điện Máy tiện

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Anh TuấnTên đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động chính máy tiện với thông số của các chế độ cắt sau: Tốc độ quay Lợng ăn dao Chiều sâu cắt Tốc độ tiến daomm/s Chi

Giáo viên hớng dẫn: Vũ Anh Tuấn

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động chính máy tiện với thông số của các chế độ cắt sau:

Tốc độ quay Lợng ăn dao Chiều sâu cắt Tốc độ tiến dao(mm/s) Chiều dài gia công mm Khi tiện mặt trụ

Khi tiện cắt ngang

Trọng lợng mâm cặp: 20.000 N

Kích thớc chi tiết gia công trên máy: 1000 mm x L 600mm

Vật liệu chi tiết gia công: Gang, thép 45

Vật liệu làm dao: Thép hợp kim cờng độ cao

Nội DUNG:

1 Tính chọn công suất động cơ truyền động

2 Lựa chọn phơng án truyền động

3 Thiết kế mạch lực hệ truyền động

4 Thiết kế mạch phát xung điều khiển van

5 Xây dựng đực tính tĩnh của hệ truyền động

6 Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

7 Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động

Ngày ra đề tài: 26/6/2009

Ngày hoàn thành: 15/8/2009

Giáo viên hớng dẫn:Vũ Anh Tuấn

Lời nói đầu

Trong quá trình học tập tại trờng em đã đợc học môn học Trang Bị Điện, để củng

cố kiến thức thì môn học này đã có rất nhiều đề tài môn học cho các máy khác nhau.Em

đã đợc nhân đề tài:

Thiết kế truyền động chính cho máy tiện.

Thiết kế truyền động chính máy tiện là một việc làm khó ,trong thời gian làm đồ ánvừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của

các thầy cô giáo trong bộ môn TBĐ, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng

dẫn Vũ Anh Tuấn , em đã hoàn thành xong bản đồ án môn học.

Đề tài bao gồm 7 phần lớn :

- Tính chọn công suất động cơ truyền động

- Lựa chọn phơng án truyền động

- Thiết kế mạch lực hệ truyền động

- Thiết kế mạch phát xung điều khiển van

- Xây dựng đực tính tĩnh của hệ truyền động

- Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

- Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyền động

Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án chắc khótránh khỏi các khiếm khuyết Em rất mong đợc sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo

để bản thiết kế của em đợc hoàn thiện hơn

ở các máy cở nhỏ, ngời ta thờng dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản.Loại động cơ này có u điểm về mặt kinh tế ,đơn giản và đặc tính cơ cứng Điều chỉnhtốc độ bằng phơng pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm

vi tốc độ rộng thờng sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc 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 ngời ta dùng động cơ địên một chiều kếthợp với tốc độ 3- 4cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí đợc thực hịên bằng cách thay đổi từthông động cơ, hoặc bằng phơng pháp điều chỉnh 2 vùng

2 Các thông số đặc trng cho chế độ cắt gọt của máy tiện :

a Tốc độ cắt : Là tốc độ di chuyển tơng đối của bàn dao so với chi tiết tại điểm tiếp

xúc Đây là thông số cơ bản để xác đinh chế độ làm việc của máy và để tính toán chế độcắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố nh vật liệu làm dao và chi tiết gia công

- Lợng ăn dao : S (mm/vg)

- Chiều sâu cắt : t (mm)

- Tuổi thọ của dao : T

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

,( / )

t S m ph T

C V

V

x m

V

z Trong đó :

- T là tuổi thọ (độ bền) của dao,

- S là lợng ăn dao khi chi tiết quay đợc một vòng.

- C V , x V , y V , m là hệ số mủ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm giao và phơng

pháp gia công Vật liệu gia công là gang, thép 45 vật liệu làm giao bằng thép hợp kim ờng độ cao, nên chọn

C V = 40 - 260 > lấy CV = 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 - 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 u, nó đợc xác định bởi những thông số : độ sâu cắt t, lợng

ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đờng kính chi tiết xác định Khi tiện ngang chi tiết

có đờng kính lớn, trong quá trình gia công đờng kính chi tiết giảm dần, để duy trì tốc

độ cắt (m/s) tối u là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc của trục chính theo quanhệ

V z  0 , 5 d ct ct 60 10  3 , (m/ph)

Trong đó : - dct - là đờng kính chi tiết (mm),

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

b Lực cắt :

Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy tại điểm tiếp xúc gọi làlực 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 hớng 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 thờng lực cắt

đợc xác định theo công thức kinh nghiêm :

, ( )

10 60

.

3 kW V

độ cắt Vzmin ; nghĩa là tơng ứng với hệ thức :

Fmax Vzmin = Fmin Vzmax

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

d 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 và ph-

ơng pháp gia công

.10 , ( )

3

s V

L t

ad M





, ( )

.S ph n

- N - tốc độ quay của chi tiết vg/ph

Nh vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lợng ăn dao và năng suất

sẽ tăng

3 Phụ tải của cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện :

a 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.

, ( )

2

.

Nm d F

.

Nm i

d F

M Z

hi 

i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.

* Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến :

 - là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính

Với máy tiện đứng do có chuyển động trợt trên băng máy nên có xuất hiện lực ma sátnơi gờ trợt của máy

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

FN - là lực đẩy tác dụng lên gờ trợt

: - là hệ số ma sát trợt 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 đợc xác định là tổng lực cắt

. N m

i

d F

M K c

b 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 đợc thực hiện bằng nhiều phơng án khác nhau.

 - là hệ số ma sát của bàn dao theo hớng gờ trợt.

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao :

Fd =  S (N)

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

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

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 lợng củ bộ phận di chuyển

và lực dính :

Fad.kđ =  0.g.mb +Fd (N);

Với  0= 0,2 0,3 - hệ số ma sát khi khởi động

Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao đợc tính :

Fad.lv = k.Fx +.( g.mb +Fy + Fx ) (N);

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

Mtv = 0,5 Fad dtv tg(   ) (N.m);

Trong đó : d tv - đờng kính trung bình của trục vít vô tận, mm

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

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





i,  - là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền

Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần lợt chọn từ điều kiện mô men lớn nhất trong hai trị số mô men tơng ứng với hai lực ăn dao khi khởi động và làm việc Bởi vì truyền động

ăn dao thờng có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng nên động cơ cần đợc kiểm tra theo điều kiện mômen cản tỉnh 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.

Đồ thị phụ tải của truyền động chính Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao

c 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 giacông có đờng kính lớn và đợc đặt trên mâm cặp nằm ngang Do trọng lợng mâm cặp vàchi tiết lớn nên lực ma sát ở gờ trợt và hộp tốc độ khá lớn Vì vậy phụ tải trên trục độngcơ truyền động chính là tổng các thành phần lực cắt, lực ma sát ở gờ trợt, lực ma sát ởhộp tốc độ

Đồ thị biểu diển 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 trợt,

- P3 , P4 là công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tơng ứng do lực ma sát và sựquay của mâm cặp

- P5 là tổng công suất của truyền động chính

II Chọn công suất động cơ tryuền động chính máy tiện :

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 cầnthiết thì vốn đầu t sẻ tăng, động cơ thờng làm việc ở chế độ non tải, làm cho hệ số vàhiệu suất thấp Nếu chọn công suất nhỏ hơn trị số yêu cầu thì sẽ không bảo đảm năngsuất cần thiết, động cơ chạy quá tải, giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vận hành

* Quá trình tính toán chọn công suất động cơ đợc chia làm 2 bớc :

+ Bớc 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 đợc xác định theo biểu thức :



Z C



Trờng hợp riêng thì Mhi = Mhiđm , kpt = 1 tơng ứng với   dm

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

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

2 Phơng án chọn công suất động cơ cho hệ truyền động chính :

Truyền động chính của máy tiện thờng làm việc ở chế độ dài hạn, tuy nhiên khi giacông các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ do quá trình thay đổi nguyên công

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 ở chế độnặng nề nhất

Để chọn công suất động cơ truyền động chính ta cần thực hiện các b ớc :

Bớc 1 : Xác định các nguyên công cần thiết trong quá trình gia công chi tiết

Bớc 2 : Từ các yếu tố cắt gọt xác định tốc độ cắt, lực cắt, công suất cắt và thời gianmáy ứng với từng nguyên công

Bớc 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

Bớc 4 : Tính công suất động cơ ứng với từng nguyên công



Z d

Smm/v



Rad/s

Vm/ph

2 1

2 0 2 2

1

2

i

j i

Mi

i

M j Mi

i Ci dt

t t

t P t

P P

Trong đó : P ci , t Mi công suất trên trục động cơ, thời gian máy của nguyên công thứ i

P 0j , t 0j công suất không tải trên trục động cơ, thời gian làm việc không tải của máy P0j

01 2

2 1

t t t t

t P t

P t

P t

P P

M M

M M

2 5 2

10 55 , 9

min min n  

60 700 5 , 0

5 , 31 10

60

Theo yêu cầu đề tài ta có hai nguyên công :

- Nguyên công 1 (Khi tiện mặt trụ)

1.3.1 Xác định tốc độ cắt :

- Khi tiện mặt trụ :

z m x v v y v

S t T

C V

1 1

1

200

35 , 0 15 , 0 1 , 0

,57.5 6 300 81,9

81

,

1 1 1

- Khi tiện cắt ngang :

)(4,516215

,31 21.3 300 81,9

81

,

2 2 2

G lµ träng lîng cña chi tiÕt gia c«ng.

)

2 (

.g V d g S l g d 2l g d m

14 ,

- Khi tiÖn c¾t ngang :

7743 , 2 ( )

2

3 , 0 4 , 51621 2

2 2

2 , 803

2  



dm

hi pt

M

M k

b a



85 , 0

85 , 0 1 1

Nguyªn c«ng nÆng nÒ nhÊt øng víi nguyªn c«ng 1 khi tiÖn trô :

- Khi tiÖn trô:

dm

pt

b k

1 , 0 1

1 1

1

1 2

- Khi tiÖn mÆt ngang :

0 , 96

2 , 803

32 , 774

2

dm

hi pt

M

M K

07 , 0 96 , 0

1 , 0 1

1 1

1 , 140

dm

hicad cad

pt

M

M k

0,07 0,64

2 , 0

1 , 0 1

1 1

. Z

K Z

V F

Khi tiÖn mÆt trô :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

2 , 7 ( )

10 60

8 , 57 2802 10

60

.

3 3

1

P Kcad Z cad

+ Khi m¸y cã t¶i dao ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

10 60

8 , 57 3 , 35572 10

60

.

3 3

1 1

- Khi tiÖn c¾t ngang :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

10 60

5 , 31 2802 10

60

.

3 3

2

P Kcad Z cad

+ Khi m¸y cã t¶i dao ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

28 , 9 ( )

10 60

5 , 31 8 , 55095 10

60

.

3 3

2 2

Khi tiÖn mÆt trô :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

4 , 2 ( )

64 , 0

7 , 2

1

P

cad

cad Z cad

3 , 34

- Khi tiÖn c¾t ngang :

+ Khi m¸y cã t¶i nhng dao cha ¨n vµo chi tiÕt gia c«ng :

2 , 3 ( )

64 , 0

47 , 1

2

P

cad

cad Z cad

9 , 28

500 1

1

1

S n

n = 1104

1000 14 , 3

8 , 57 10 60

10 60

10

max 1 3

max max 3

1 8 , 57

:

min min

max max max

min min

ct Z ct

Z ct

Z

d V

d V d

V d

, 0 2 1 1

83 , 0 ).

4 , 3 04 , 4 ( 1 ) 34 ( 1 ) 35 , 40 (

2 1

kw t

t

t P t

02 02 01 01 2 2 1

t t t t

t P t P t

P t

P P

M M

M M

83 , 0 4 , 0 83 , 0 72 , 0 1 78 , 5 1 58 , 5

85 , 0 1

Động cơ đợc chọn thỏa mản với điều kiện phát nóng, phù hợp với tốc độ và yêu

cầu của đề tài.

Đồ thị phụ tải của động cơ

Phần II

Lựa chọn phơng án truyền động

I Khái niệm chung :

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học kỹ thuật, các máy sản xuất ngày

một đa dạng dẩn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi sự chính xác

và tin cậy cao Một hệ thống truyền động không những phải đảm bảo đợc yêu cầu côngnghệ, mà còn phải ổn định Tuỳ theo loại máy công tác mà có những yêu cầu khác nhau,rất cần thiết cho giữ ổn định tốc độ, mô men với độ chính xác nào đó trứơc sự biến động

về tải và các thông số nguồn Do đó bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành mộtchiều đã và đang đợc sử dụng rộng rải

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra nh hệ thống máyphát, khuyếch đại từ, hệ thống van Chúng đợc điều khiển theo những nguyên tắc khácnhau với những u điểm khác nhau Do đó để có đợc một phơng án phù hợp với từng loạicông nghệ đòi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để đa raphơng án tối u

điều chỉnh rộng thì phải dùng động cơ điện một chiều Các hệ điều chỉnh kèm theo phải

đảm bảo các yêu cầu công nghệ và có khã năng tự động hóa cao

Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp thì chúng ta phải dựa vào côngnghệ của máy, công suất làm việc để đa ra những phơng án cụ thể để đáp ứng yêu cầu

của nó Để chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đặt ra thì cần phải so sánh về

kỹ thuật và kinh tế

Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan trọng, nóquyết định đến chất lợng hệ thống Do vậy việc lựa chọn phơng án và lựa chọn bộ biến

đổi thông qua việc xét các hệ thống

2 ý nghĩa của việc lựa chọn :

Việc lựa chọn phơng án hợp lý có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó đợc thể hiện quacác mặt

+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ máy sản xuất

+ Đảm bảo đợc sự làm việc lâu dài, tin cậy

+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất

+ Dể dàng sữa chữa, thay thế khi xẩy ra sự cố

ĐK củng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F

Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F.

Nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộndây động cơ KT Đ Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F, do đó

điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RK Đ dùng để

điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông Phơng trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ

d

u u

R I

I k

R R k

F E

+ Có khả năng quá tải cao

+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn

+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ

+ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình làmviệc

- Nhợc điểm :

+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnhchiếm nhiều diện tích

+ Tổng công suất đặt lớn

+ Vốn đầu t ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thờng có từ d lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâutốc độ

2 Hệ truyền động tiristo - Động cơ (T - Đ):

Sơ đồ gồm :

- FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ

- BBĐ : Bộ biến đổi dùng tiristor biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiềucấp cho động cơ

- Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất

- TH&KĐ : Khâu tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

- UCd : tín hiệu đặt vào

- .n : tín hiệu phản hồi âm tốc độ.

* Nguyên lý làm việc của hệ thống :

Giả thiết ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới điện với điện áp thích hợp , lúcnày động cơ vẩn cha làm việc Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng với một tốc độ nào

đó của động cơ thông qua khâu tổng hợp khuyếch đại và mạch phát xung (FX) sẻ xuấthiện các xung đa tới cực điều khiển của các van bộ biến đổi Nên lúc này các van đó

đang đặt điện áp thuận thì van đó sẻ mở Đầu ra của BBĐ có điện áp UCd đặt lên phầnứng của động cơ dẫn đến động cơ quay, tốc độ của nó ứng với UCd ban đầu

Trong quá trình làm việc, nếu một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì

ta thấy :

Uđk = Ucd - .n , nên khi n giảm  Uđk tăng   giảm  Uđ tăng  n tăng tới điểm

làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình xẩy ra ngợc lại, chính là

Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống :

d d

u b d

d

d b dk d

d

u b d

d

d

K

R R K

n U K K K

R R K

) (

.





u b dk

u b b

dk

d b

K K

R R K

K

U K

K

1

+ Tác động nhanh không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khuyếch

đại công suất cao

+ Công suất tổn hao nhỏ, kích thớc và trọng lợng nhỏ Giá thành hạ dể bảo dởng sửachữa

- Nhợc điểm :

+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổnthất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống

+ Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đờng đặc tính nằm trong ở mặt phẳng tọa độ

+ Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos thấp

+ Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đốivới các hệ thống đảo chiều

+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truyền động động cơtải nhỏ

động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu t cao.

Trong giai đoạn CNH - HĐH ngày nay với xu thế chung hớng tới mục tiêu yêu cầutối u nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hởng đến môi trờngxung quanh Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều u điểm nhng còn nhiều hạn chếcha đáp ứng đợc yêu cầu CNH - HĐH hiện nay

Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại ngời ta đang dần tiền hành thay thế hệ thốngtruyền động F - Đ bằng các hệ truyền động khác Với hệ truyền động T - Đ có hệ sốkhuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ.Kích thớc nhỏ và gọn nhẹ

Với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hớng tự động hoá các hệthống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống đợc thực hiện bằng cách lắpghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động nh PLC, vi xử lý

Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng đợc yêu cầu đặt ra Với những u điểm và những

đặc điểm phù hợp cách truyền động Vậy em quyết định chọn phơng án truyền động T

-Đ

Bởi vì hệ T-Đ có chế độ tác động nhanh và dễ tự động hoá , phù hợp với yêu cầucủa sự phát triển khoa học kỹ thuật đó là tối u hoá, tự động hoá gia công chi tiết chínhxác, độ tin cậy cao giảm đợc sức lao động và tăng năng suất, kích thơc cơ khí gọn nênphần cơ khí của máy gọn tạo nên tính thẩm mỹ của hệ thống Vì thế kinh tế vốn đầu t vàchi phí vận hành thấp hơn nhiều so với hệ truyền động F-Đ

Phần III

1 Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lu có điều khiển

Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trờng hợp phải sử dụng nguồn điện áp mộtchiều có trị số thay đổi đợc để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳ thuộc mục đích

sử dụng Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi

tĩnh (Khuyếch đại từ) có khá nhiều nhợc điểm, trong đó có nhợc điểm cơ bản là tổn thấtriêng khá lớn Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sửdụng các bộ chỉnh lu bán dẫn có điều khiển ngày càng đợc phổ biến và có nhiều u việt

a) Sơ đồ nối dây hình tia:

Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ hình tia 3

pha và sơ đồ thay thế

Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia:

 Số van chỉnh lu bằng số pha của nguồn cungcấp

 Các van có một điện cực cùng tên nốichung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là katôt, ta cósơ đồ catôt chung, nếu điện cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung

 Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính trung tính

nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lu

b) Sơ đồ hình cầu:

Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lu cầu:

 Số van chỉnh lu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van

có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dơng của điện áp nguồn ; m van có

anôt chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lu

 Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôtchung

Hình 2-9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế

2 Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều - một chiều

Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung

Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện

 Điện áp Anôt - Katôt phải dơng

( UA > 0)

 Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực

điều khiển và Katôt của van

Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha

các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định

Ví dụ: ở pha A, trong khoảng t = 0  u A > 0

Tuy nhiên ở các khoảng  t = 0  / 6  u C > uA

và t = 5 /6   ub > uA

Nh vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng t =  /6 - 5 /6.Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở Tơng tự với T2 vàT3

Thời điểm  0 =  t =  /6 đợc gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lu 3 pha

khoảng dẫn dòng cuả van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2 /3) dẫn đến trị số trung bình của điện

áp chỉnh lu sẽ giảm đi Khi góc mở  càng lớn thì Ud càng nhỏ

b) Sơ đồ cầu:

Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lu cầu ta có nhận xét: Để có dòng qua phụ tải thì trongsơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anôt chung, một ở nhóm katôtchung Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình

chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ

luôn có 2 van có thể dẫn dòng khi có xung điều khiển: Van ở nhóm katôt chung nối vớipha có điện áp dơng nhất và van ở nhóm anôt chung nối với pha có điện áp âm nhất.Thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ cầu cũng đợc xác định nh đối với sơ đồ tia có số pha t-

ơng ứng:

 Để điều khiển điện áp chỉnh lu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đa xung

điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng củavan làm điện áp trung bình của chỉnh lu thay đổi

Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứng với

 (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đangbắt đầu làm việc )dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đó dòng

điện trong mạch phụ tải đợc xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến áp ,còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì đợc xác định bởi độ sụt áp trên pha đó

ở sơ đò cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch vẩn có hai van làm việc đồng thời Dòng

điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dới tác dụng của hiệu

số sức điện động của các van tơng ứng, nghỉa là dới tác dụng của sức điện động dây Sau

một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gialàm việc.

trị số trung bình của sức điện động chỉnh lu Ed ở trạng thái dòng điện liên tục đợc xác

định nh sau :

Ed = Eđmcos

Trong đó Eđm là trị số cch đại của sức điện động chỉnh lu ứng với trờng hợp   0

Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh l u là :Eđm1 =1,17E2f Vớisơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f

Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp

Kết luận : Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lu cầu 3 pha.

3 Dòng điện chỉnh lu trên phụ tải một chiều:

Do điện áp chỉnh lu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện áp

nguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại nh vậy (tuỳ thuộc sơ đồchỉnh lu là tia hay cầu, số pha chẵn hay lẻ) Nh vậy chỉ cần biết dòng và áp trên tải trong

khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tơng đơng góc độ điện 2 / q ( q = 2m hoặc q =m) Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lu trong mộtkhoảng thời gian làm việc của một van

Hình 2- 10: Sơ đồ thay thế của chỉnh lu trong khoảng thời gian làm việc của van

 U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các van

đang dẫn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét

 Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf

 Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud

 Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đồ thì

 Ed, Rd, Ld là các phần tử của phụ tải

 Ud, Id - dòng và áp trên tải

Phơng trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế:

d d

dt

di L i

R   sin(    )  (2-5)

Giải phơng trình này ta nhận đợc biểu thức của dòng điện chỉnh lu:

] )

( 1

) sin(

1 [ ] )

( 1

) sin(

1

[

2 /

2 0

arctg I

 Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc id >0 ta có chế độ dòng tải liên tục

 Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q khoảng khác không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế độ dòng tải

gián đoạn

 Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên đợc gọi là chế độ dòng biên liên tục

4 Đảo chiều trong hệ thống T - Đ

Trong nhiều trờng hợp cần phải thay đổi đợc chiều dòng điện qua phụ tải của bộchỉnh lu Do tính dẫn dòng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng công tăc tơhoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm 2 bộ chỉnh lu, mỗi bộ dẫn dòng theo một chiều

Có 2 bộ chỉnh lu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngợc Về mặtnguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngợc hoạt động tơng tự nh nhau KhiBBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dòng điện qua tải đợc

đổi chiều Thực tế ngời ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngợc với các phơng pháp

điều khiển khác nhau

Để điều khiển 2 BBĐ song song ngợc có thể sử dụng 2 phơng pháp điều chỉnh :

 Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): Là sử dụng 2 bộ phát xung độc lậpnhau Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do đócác van trong BBĐ còn lại không thể mở đợc Khi cần đảo chiều thì cho bộ này nghỉ,sau đó cho bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ 2 Phơng pháp điều khiểnnày có nhợc điểm là tần số đảo chiều không cao vì các van Thyristor cần có thời gian đểkhôi phục đặc tính khoá của nó

 Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đómột bộ làm việc ở chế độ chỉnh lu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch lu chờ Khi sửdụng phơng pháp này, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong các BBĐ Để hạn chếdòng này ngời ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng

Hình 2- 10: Sơ đồ nối song song ngợc

của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay.

 Chọn phơng án điều khiển chung

Đặc điểm của phơng pháp này là hai mạch chỉnh lu cùng hoạt động, tức là cùng

đựơc phát xung điều khiển Tuy nhiên một bộ phận làm việc ở chế độ chỉnh lu, là bộ xác

định dấu của điện áp một chiều hoặc xoay chiều của động cơ, còn bộ kia chạy ở chế độnghịc lu và sẳn sàng chuyển sang chế độ chỉnh lu

Hình vẽ là thí dụ về bộ chỉnh lu đảo chiều sữ dụng sơ đồ cầu ba pha Do hai bộ chỉnh lucùng đấu vào một tải nên giá trị trung bình của chúng phải bằng nhau

của truyền động điện là một họ các đờng thẳng song song với nhau Các đờng thẳng đócắt trục tung tại những điểm tơng ứng với các tốc độ không tải lý tởng

dm

v dm

K

U E





  cos  

0 '

Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện khi bộ biến đổi là việc ở trạng thái

động điện gián đoạn không thể biểu diễn bằng giải tích đợc

Trờng hợp bộ biến đổi là việc ở trạng thái dòng điện liên tục, nếu biến đổi góc thông van

 thì tốc độ không tải lý tởng giả định  ' 0 biến đổi trong một phạm vi rộng Nếu

l-Để không xảy ra hiện tợng ‘‘đột biến nghịch lu’’ với dòng điện trong mạch lớn gấpnhiều lần so với lúc làm việc bình thờng, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, mà trớc hết làgây nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thông van:

max    (    )

Trong đó:  là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngắt của van

Khi tần số lới là 50Hz, góc phục hồi tính chất ngắt của van ion bằng khoảng 120 Đối vớiTiaristo, thời gian phục hồi tính chất ngắt không quá 150s, tơng ứng với  3 

Thờng thờng, khi phân tích hoạt động của bộ biến đổi ở trạng thái nghịch lu, ngời ta sửdụng khái niệm ‘‘ góc thông trớc’’ của van     

Tơng ứng để loại trừ hiện tợng’’đột biến nghịch lu’’ ta có điều kiện hạn chế sau:

(a) (b) (c)

b) Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các công tắc chuyển đổi (bộ đảo chiều) (hình

b)

c) Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình c)

Khi áp dụng hai phơng pháp đầu, động cơ đợc xung cấp từ bộ điều khiển đơn (bộbiến đổi một nhóm) Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạng thái độngcơ sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi Sơ đồ đầu là rẻ nhất và đơn giản nhất,song có nhợc điểm là thời hạn đảo chiều lớn, bằng khoảng (0,5 - 2,5)s ,( do hằng số thờigian của cuộn dây kích từ động cơ không lớn) Sơ đồ thứ hai tuy có thời hạn đảo chiềunhỏ hơn nhng van không thể dới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tựtác động nhất định trong hệ thống điều khiển truyền động điện

Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động cơhay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, ngời ta sử dụng các sơ đồ

có hai nhóm van (bộ biến đổi kép) Mỗi nhóm dẫn dòng điện theo một chiều nên bộbiến đổi có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều Bộ biến đổi nh vậy có thể đợc nối theonhiều sơ đồ khác nhau Có 2 bộ chỉnh lu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ songsong ngợc Về mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngợc hoạt động t-

ơng tự nh nhau Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thìdòng điện qua tải đợc đổi chiều Thực tế ngời ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngợcvới các phơng pháp điều khiển khác nhau Trong sơ đồ song song ngợc, cả hai nhóm van

đều đựơc cung cấp từ một nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp

Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái động cơ, một nhóm van, ví dụ1V, làm việc ở trạng thái chỉnh lu còn nhóm kia 2V bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở

1V biến đổi vào lới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1 Nếu 2V làm việc ở trạng tháichỉnh lu, thì 1V phải đợc khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lu Khi đó, tơngứng với trờng hợp trên, ta có Ed1  Ed2: Nh vậy nói chung Edn1  Edc2 , trong đó Edn1 ,

Edc2 - s.đ.đ của các nhóm van bộ biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lu và chỉnh lu.Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái hảm tái sinh, một nhóm van làmviệc ở trạng thái nghịc lu, còn nhóm van kia bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độchỉnh lu Trờng hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ Edn1  Edc2

Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc rất nhiều vào phơngthức điều khiển cả hai nhóm van Khi điều khiển chung, tín hiệu điền khiển đợc đa vàocả hai nhóm van sao cho đảm bảo đợc Edn1  Edc2 Trờng hợp này cần hạn chế dòng

điện cân bằng chạy giữa hai nhóm van dới tác dụng của các trị số tức thời của s.đ.đ cácnhóm van Do đó trong mạch của bộ biến đổi ngời ta nối các cuộn kháng cân bằng CB1

- CB4, nh hình vẽ trên

Để loại trừ dòng điện cân bằng ngời ta sử dụng phơng pháp điều khiển riêng cácnhóm van của bộ biến đổi Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ đợc đa vào nhómvan đang làm việc, còn ở nhóm van kia (nhóm không làm việc tại thời điểm dang xét )không có xung điều khiển nên nó bị ngắt để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biến

đổi ngời ta dùng một thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiển trênnhóm van đang làm việc, rồi sau đó một khoảng thời gian ngắn (5 - 10s) đa xung điềukhiển lên nhóm van thứ hai Với thứ tự nh vậy thì trạng tái dòng điện gián đoạn của bộbiến đổi sẽ tơng ứng với quá trình chuyển đổi hệ thống truyền động điện từ trạng táidộng cơ sang trạng tái hảm và ngợc lại

Các đặc tính tốc độ và đặc tính cơ của truyền động van đảo chiều có điều khiển riêngcác nhóm van phụ thuộc vào cách phối hợp các góc điều khiển u điểm của phơng thức

điều khiển riêng so với điều khiển chung là:

có một khoảng hở khi chuyển đổi bộ biến đổi từ trạng thái chỉnh lu sang trạng tháinghịch lu, nên thời hạn của quá trình quá độ tăng lên Cũng cần chú ý rằng, phơng tức