nghiên cứu tổng quan về công nghệ hàn điện. thiết kế trang bị điện điện tử điều khiển tự động máy hàn điện trên hệ toạ độ phẳng

Khái niệm chung về máy hàn điện Hiện nay hàn điện là một công nghệ được dùng rộng rãi trong công nghiệp,trong xây dựng và trong công nghiệp chế tạo máy *Ưu điểm của máy hàn điện : - Tiết

MỤC LỤC

Mục lục……….1

Lời giới thiệu………3

Chương 1 Tổng quan về công nghệ hàn điện 1.1.Lịch sử phát triển của ngành hàn 1.1.1 Lịch sử phát triển của ngành hàn trên thế giới 4

1.1.2 Lịch sử phát triển ngành hàn của Việt Nam 4

1.2 Phân loại các phương pháp hàn hiện nay 1.2.1 Phân loại theo dạng năng lượng sử dụng 5

1.2.2 Phân loại theo trạng thái kim loại ở thời điểm hàn 5

1.2.3 Phân loại các liên kết hàn 5

1.3 Bản chất, đặc điểm và ứng dụng của hàn kim loại 1.3.1 Bản chất 6

1.3.2 Đặc điểm 6

1.3.3 Ứng dụng 7

Chương 2 Thiết kế trang bị điện - điện tử điều khiển cho máy hàn tự động 2.1 Khái niệm chung về hàn tự động 2.1.1 Khái niệm 8

2.1.2 Đặc điểm 8

2.1.3 Phân loại 8

2.2 Hàn tự động và bán tự động dưới thuốc 2.2.1 Phạm vi ứng dụng 9

2.2.2 Công nghệ hàn hồ quang dưới thuốc 9

2.3 Các yêu cầu chung với nguồn hàn hồ quang 12

2.4 Hệ số tiếp điện của nguồn hàn 12

2.5 Máy hàn hồ quang tự động 14

2.5.1 Hệ truyền động dịch điện cực dùng máy phát- động cơ 15

2.5.2 Hệ truyền động dịch điện cực dùng hệ bộ biến đổi T-Đ 16

2.6.Truyền động trong hệ thống truyền động vị trí các trục máy hàn tự động

2.6.1 Động cơ thực hiện truyền động máy hàn tự động 17

2.6.2 Bộ biến đổi ……… 21

2.6.3 Các cảm biến 21

2.7 Các bộ điều chỉnh sử dụng trong máy hàn tự động 2.7.1 Bộ điều chỉnh tỷ lệ (P) 25

2.7.2 Bộ điều chỉnh tích phân (I)………26

2.7.3 Bộ điều chỉnh vi phân (D)……….26

2.7.4 Bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ (PI)……….26

2.7.5 Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD)……… 27

2.7.6 Bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID)……… 28

2.8 Mô phỏng hệ thống truyền động điện máy hàn bằng máy tính 2.8.1 Tổng hợp mạch vòng của hệ thống dưới dạng hàm truyền 28

2.8.4 Chương trình nội suy hai trục toạ độ trong hệ toạ độ phẳng 38

Chương 3 Chương trình điều khiển máy hàn tự động trong hệ toạ độ phẳng 3.1 Thiết kế phần cứng 3.1.1 Trình tự thiết kế mộ hệ thống tự động điều khiển 43

3.1.2 Cấu trúc phần cứng………43

3.2 Thiết kế phần mềm 3.2.1 Chương trình trong Visual Basic ………47

3.2.2 Chạy thử chương trình……… 49

Kết luận 51

Tài liệu tham khảo 52

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN ĐIỆN

1.1 Khái niệm chung về máy hàn điện

Hiện nay hàn điện là một công nghệ được dùng rộng rãi trong công nghiệp,trong xây dựng và trong công nghiệp chế tạo máy

*Ưu điểm của máy hàn điện :

- Tiết kiệm được nguyên vật liệu so với các phương pháp gia công khác (sovới tán đinh 5÷10%; so với phương pháp đúc 40%)

- Có độ bền cơ khí cao, chất lượng mối hàn tốt

- Giá thành hạ, năng suất cao

- Công nghệ hàn đơn giản

- Cải thiện được điều kiện làm việc cho công nhân và dễ tự động hoá

1.1.1 Phân loại các phương pháp hàn điện

Phân loại một cách tổng quan về máy hàn điện như sau:

Một điểm haimặt

Hai điểmmột mặt

Hình 1.1 Phân loại các phương pháp hàn điện 1.1.2 Các yêu cầu chung đối với nguồn hàn hồ quang

* Điện áp không tải đủ lớn để mồi hồ quang

Khi nguồn hàn là một chiều với điện cực là :

- Kim loại: Uomin = (30÷40)V

- Điện cực than Uomin = (45÷55)V

Khi nguồn hàn là xoay chiều : Uomin = (50÷60)V

* Đảm bảo an toàn lúc làm việc ở chế độ làm việc cũng như ở chế độ ngắnmạch làm việc Bội số dòng điện ngắn mạch không được quá lớn

4 , 1 2 , 1

* Nguồn hàn phải có công suất đủ lớn

* Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh được dòng hàn, vì như ta đã biếtdòng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn Dòng điện hàn được tính theobiểu thức sau :

Máy hàn là một thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Thời gian làmviệc dài nhất của máy hàn là thời gian hết một que hàn (ζ1) Thời gian nghỉ ngắnnhất là thời gian đủ để thay que hàn và mối được hàn hồ quang (ζ2)

Đối với nguồn hàn dùng cho máy hàn hồ quang tự động, thời gian làm việcdài nhất là thời gian hết một lô điện cực trên máy, còn thời gian nghỉ ngắn nhất

là thời gian đủ để thay lô điện cực hàn và mồi được hồ quang

Nguồn hàn hồ quang có tuổi thọ làm việc cao khi thoả mãn điều kiện

Trong đó :

Q1 = 0,24I2Rζζ1 : Nhiệt lượng toả ra khi hàn với thời gian là ζ1

Q2 = k(ζ1+ζ2) : Nhiệt lượng toả ra môi trường xung quanh trong mộtchu kì làm việc Tck = ζ1+ζ2

k : Hệ số đặc trưng cho chế độ toả nhiệt của nguồn hàn

Tính một cách gần đúng có thể coi hệ số k hầu như không đổi k = const Từbiểu thức (1-3) ta có :

24 , 0

2 1

1 2

1.2 Các nguồn hàn hồ quang

1.2.1 Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều

Nguồn hàn hồ quang thường dùng biến áp hàn vì có những ưu điểm nổi bậtsau:

- Dễ chế tạo, giá thành hạ

- Có thể tạo ra dòng điện lớn

Biến áp hàn phổ biến là biến áp hàn một pha, có khi là ba pha Thôngthường máy biến áp hàn ba pha dùng cho nhiều đầu hàn Về cấu tạo, máy biến

áp hàn thường chế tạo theo hai kiểu :

+ Máy biến áp hàn với từ thông tản bình thường : nó được chế tạo như haithiết bị riêng lẻ, lắp ráp trong một vỏ hộp chung, gồm một biến áp hàn một cuộnkháng

+ Máy biến áp hàn với từ thông tản tăng cường, được chế tạo theo các kiểusau :

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn có cuộn kháng ngoài

Thay đổi khe hở trong mạch từ của cuộn kháng ngoài, có thể nhận được họđặc tính ngoài của máy biến áp hàn

aWckW2

W1

- Khi không tải :

Trong đó :

U0 : Điện áp không tải  V

U2 : Điện áp thứ cấp của máy biến áp  V

- Khi có tải :

Trong đó :

Uhq : Điện áp xoay chiều

Uck : Điện áp rơi trên cuộn kháng

Uck = I2.rck + j.I2.xck  ω.L.I2 (1-10)

Vì rck rất nhỏ nên có thể bỏ qua Trong đó rck là điện trở thuần của cuộnkháng, xck là điện kháng của cuộn kháng Trong quá trình làm việc, I2 tăng làmcho Uck cũng tăng, điện áp hồ quang Uhq giảm Khi dòng I2 tăng đến giá trị sốI2=In.m (In.m : Dòng điện ngắn mạch) thì điện áp hồ quang bằng không (Uhq=0)Khi đó :

Hình 1.3 Họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn có cuộn kháng

2 Biến áp hàn kiểu hỗn hợp

U U0

a3a2a1

IInm3

Inm2Inm1

a1 < a2 < a3

Loại máy biến áp này, mạch từ của cuộn kháng có quan hệ trực tiếp vớimạch từ chính

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp

Điều chỉnh khe hở mạch từ a, ta nhận đựơc họ đặc tính ngoài như hình 1.4

- Khi không tải :

Khi thay đổi khe hở mạch từ a, Uck thay đổi nên U0 cũng thay đổi (U0=var)

- Khi có tải, điện áp rơi trên cuộn kháng và cuộn thứ cấp của máy hàn bằng

Ur = I2(x2 + xck) (1-13)Điện áp hồ quang bằng :

Uhq = U2 + Uck – Ur = U2 + Uck – I2(x2 + xck) (1-14)Khi dòng điện I2 tăng đến trị số I2 = Inm thì điện áp hồ quang bằng không(Uhq = 0) Lúc này dòng điện ngắn mạch bằng :

Inm =

ck

ck x x

U U

aWck

W2W1

Hình 1.5 Họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp

3 Máy biến áp hàn có shunt từ

Hình 1.6 Máy biến áp hàn có shunt từ

Shunt từ 4 được được lắp giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp hàn Shunt từ có thể di chuyển vào hoặc kéo ra khỏi hai cuộn dây Bằng cách di chuyển shunt từ ta có thể tạo ra họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn

1.2.2 Các nguồn hàn hồ quang một chiều

Nguồn hàn hồ quang một chiều được dùng làm nguồn hàn cho máy hàn hồ quang tự động, bán tự động và hàn hồ quang bằng tay Nguồn hàn hồ quang môtchiều có hai loại :

- Bộ biến đổi quay (máy phát hàn một chiều)

- Bộ biến đổi tĩnh ( bộ chỉnh lưu)

Máy phát hàn một chiều được chia ra các loại như trên sơ đồ hình 1-7Tuỳ thuộc vào kết cấu, cấu tạo của máy phát hàn một chiều sẽ có họ đặc

a3a2a1

IInm3Inm2

Inm1

a1 < a2 < a3

U U01U02 U03

3142

1 Mạch từ

2 Cuộn sơ cấp

3 Cuộn thứ cấp

tính ngoài dốc, cứng hoặc hỗn hợp

Máy phát hàn một chiều được sử dụng rộng rãi nhất là loại máy phát hànmột chiều có đường đặc tính ngoài dốc được chế tạo theo ba kiểu chính sau :1) Máy phát hàn một chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp

2) Máy phát hàn một chiều kích từ song song có cuộn khử từ nối tiếp

3) Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ

Hình 1.7 Phân loại máy phát hàn điện một chiều

1 Máy phát hàn một chiều

a Máy phát hàn một chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp (hình 1.8)

Hình 1.8 Máy phát hàn một chiều kích từ độc lập có cuọon khử từ nối tiếp

Máy phát hàn loại này có hai cuộn kích từ : cuộn kích từ độc lập W1 đượccấp điện từ nguồn một chiều độc lập có điều chỉnh dòng kích từ bằng chiết ápVRζ và cuộn khử từ nối tiếp W2 đấu nối tiếp với phần ứng của máy phát Từ

thông Φ1 sinh ra trong cuộn W1 ngược chiều với từ thông Φ2 sinh ra trong cuộnW2 Từ thông Φ2 tỉ lệ với dòng điện hàn

Máy phát hàn một

Truyền động bằng động

Di động

Lắp

trong một

Kích

từ song

Kích từ độc

Lắp

trong hai vỏ

CM

VR U

W 2

W 1

F

- Khi không tải, từ thông Φ2 = 0 và sức điện động của máy phát bằng :

Trong đó :

Ke : Hệ số cấu tạo của máy phát

Φ1 : Từ thông sinh ra trong cuộn W1

ω : Tốc độ quay của phần ứng

- Khi có tải :

Uhq = E – IRζF = Ke(Φ1 – Φ2)ω – IRζF (1-17)Trong đó :

RζF : Điện trở trong của máy phát

Để điều chỉnh dòng hàn và tạo ra họ đặc tính ngoài có hai cách :

- Điều chỉnh thô bằng chuyển mạch CM để thay đổi số vòng dây của cuộnW2 (hình 1.9a)

- Để điều chỉnh tinh bằng chiết áp VRζ để thay đổi dòng kích từ Ikt của máyphát (hình 1-9b)

Hình 1.9 Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn 1 chiều

b Máy phát hàn một chiều kích từ song song có cuộn khử từ nối tiếp

Máy phát hàn có hai cuộn dây : Cuộn kích từ song song W1 và cuộn khử từnối tiếp W2 Họ đặc tính ngoài và điều chỉnh dòng điện hàn tương tự như máyphát hàn hồ quang một chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp

IInm2

Inm1

W21 > W22

U

21

I Ikt1 < Ikt2 < Ikt33

phần ứng) Máy phát có hai cuộn kích từ ; cuộn kích từ chính W1 và cuộn phụW2 Máy phát có 4 cực từ N1, N2, S1, S2, và ba nhóm chổi than A, C, Z Loại máyphát kiểu này khác vối hai máy phát kể trên cực từ cùng cực tính sắp xếp về mộtphía Trên đường trung tính AC lấy điện áp ra :

EAC = UAz + Ucz = CdФd+CnФn (1-20)

- Khi có tải : Có dòng điện phụ chảy trong phần ứng của máy phát Từthông do dòng điện phụ chảy trong phần ứng sinh ra có chiều cùng chiều với từ

thông ngang Фn và ngược chiều với từ thông dọc Фd Các thanh dẫn của phần

ứng trong các góc phần tư AOZ và DOC, tạo ra từ thông bù thêm cho từ thôngtrong cuộn kích từ W1 Các thanh dẫn của phần ứng nằm trong góc phần tư ZOC

và AOD tạo ra từ thông ngược chiều với từ thông trong cuộn kích từ phụ W2

Khi có tải, do tác dụng khử từ của từ thông dọc Фd và do phản ứng phần

ứng nên điện áp UAZ sẽ giảm xuống

Trong đó :

Фpư : Từ thông do phản ứng phần ứng sinh ra

Điện áp Uzc hầu như không tăng vì không tăng vì mạch từ đã bảo hoàUzc=CnФnconst Như vậy điện áp kích từ lấy trên hai chổi than C, Z không phụthuộc vào sự biến động của phụ tải, còn điện áp lấy trên hai chổi than A, C thayđổi theo phụ tải

UAC = UAZ + UZC = Cd(Фd – Фpư) + UZC – IRζư (1-22)Khi dòng hàn tăng, phản ứng phần ứng tăng làm cho điện áp UCA giảm xuống

Khi ngắn mạch, từ thông Фpư tăng nhanh và lớn hơn từ thông dọc Фd, điện áp

UAZ ngược chiều với điện áp UZC và điện áp UAC = 0

UAC = Cn(Фn – Фpư) = CdФd – IRζư (1-23)

2 Nguồn hàn hồ quang dùng bộ chỉnh lưu

Sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đã đưa ra nhiều ứng dụngcủa nó trong nguồn hàn một chiều Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu cónhững ưu việt sau đây so với máy phát hàn một chiều :

- Chỉ tiêu năng lượng cao

- Không có phần quay

- Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thấp

Nguồn hàn một chiều dùng chỉnh lưu gồm hai bộ phận chính : Máy biên áphàn và bộ chỉnh lưu Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu được chế tạothành các loại như trên hình 1-11

Hình 1-11 Các loại nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu

Cầu

ba pha

Dùngxêlen

Không điều khiển

Dùn

g điốt

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN  ĐIỆN TỬ MÁY HÀN TỰ ĐỘNG

2.1 Khái quát chung của máy hàn tự động

Với sự phát triển của kĩ nghệ hàn, gia công sắt thép bằng phương pháp hàn,đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo tàu biển, máy kéo v.v…với côngnghệ hàn trong tay có nhiều nhược điểm :

- Năng suất thấp, giá thành cao

- Chất lượng mối hàn không ổn định, phụ thuộc vào tay nghề và điều kiệnlàm việc của công nhân

- Tổn hao que hàn lớn

Với công nghệ hàn hồ quang tự độn, những nhược điểm trên sẽ được khắcphục Tuy nhiên, đảm bảo cho ngọn lửa hồ quang cháy ổn định, bảo vệ mối hànkhông bị không khí xâm thực là vấn đề không đơn giản Để giải quyết vấn đề

đó, hiện nay thường dùng hai phương pháp :

- Hàn hồ quang tự động dưới lớp trợ dung

- Hàn hồ quang tụ động trong không khí

Trong máy hàn có hai loại truyền động riêng biệt :

- Hệ truyền động tự động đẩy điện cực vào vùng hàn

- Hệ truyền động di chuyển xe hàn

Trong quá trình làm việc, máy hàn đảm bảo các thao tác hàn : mỗi hồquang, duy trì ngọn lửa hồ quang cháy ổn định trong quá trình hàn, đẩy điện cựcvào vùng hàn, di chuyển xe hàn, quay đầu hàn, cấp chất trợ dùng vào vùng hànv.v…

Hệ truyền động trên máy hàn hồ quang tự động yêu cầu điều chỉnh tốc độ

êm, phạm vi điều chỉnh tốc độ tới D = 10 : 1

Sơ đồ khối của hệ truyền động đẩy điện cực vào vùng hàn được biểu diễntrên hình 2.1

Điều chỉnh tốc độ đẩy điện cực vào vùng hàn nhờ bộ biến đổi thyristor

Thay đổi chiều quay của động cơ M bằng hai côngtắctơ K1 và K2 Hệ thống cóhai chế độ làm việc : Chế độ làm việc tự động TĐ và hiệu chỉnh HC Thay đổihai chế độ bằng chuyển mạch CM

2.1.1 Hệ truyền động dịch điện cực dùng máy phát - động cơ (F-Đ)

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CHO MÁY HÀN TỰ ĐỘNG

2.6 Truyền động trong hệ thống truyền động vị trí các trục của máy hàn tự động

2.6.1 Động cơ thực hiện truyền động máy hàn tự động

Động cơ thực hiện truyền động máy hàn tự động là động cơ tiếp xúc mộtchiều

Khác với động cơ điện một chiều bình thường, động cơ không tiếp xúc mộtchiều có phần ứng đứng yên nằm trên stator và phần cảm quay đặt trênrôtor .Trên hình (H.2.1.a) là mô hình của động cơ bình thường còn hình(H.2.1.b) là mô hình của động cơ không tiếp xúc

Stator của động cơ không tiếp xúc được ghép từ các lá thép kĩ thuậtđiện Trong các rãnh của stator đặt trong cuộn ứng (2) giống như trong rãnh củaphần ứng bình thường Phần cảm của động cơ bình thưòng là nam châm vĩnhcửu (3) Để đơn giản hoá có thể mô hình hoá bộ phận đổi chiều điện tử bằnggiá đỡ chổi than (4) và chổi than (5) đặt trên rôtor

Trong động cơ không tiếp xúc, cuộn ứng đứng yên nên đổi bộ phận đổichiều dễ dàng được thay thế bằng bộ điện tử, được điều khiển bởi bộ cảm biến

vị trí trên trục động cơ Nhờ vậy, bộ đổi chiều điện tử có thể đảm bảo sự thayđổi dòng điện trong cuộn ứng khi rôtor quay tương tự như vành góp chổi thanĐộng cơ không tiếp xúc một chiều có cấu tạo từ ba thành phần như trênhình (H.3.2)

Phần 1: Động cơ không tiếp xúc với cuộn ứng một pha trên stator và rôtorkích thích bằng nam châm vĩnh cửu

Phần 2 : Cảm biến vị trí rôtor, đặt cùng vỏ máy với động cơ, thực hiện chứcnăng tạo tín hiệu điều khiển nhằm xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều

Phần 3 : Bộ đổi chiều tiếp xúc, thực hiện đổi chiều dòng điện trong cuộnứng trên stator theo tín hiệu điều khiển của cảm biến vị trí rôtor

Bộ phận đổi chiều quay cùng pha với rôtor và đóng ngắt các bối dây củacuộn ứng trên stator sao cho dòng điện chạy trong cuộn ứng đối diện với từngcực từ của phần cảm của rôtor luôn có chiều không đổi Khi đó các quan hệ điện

từ của động cơ không tiếp xúc giống như trong động cơ bình thường và đượcbiểu diễn bằng các phương trình sau :

- Phương trình cân bằng điện áp :

E dt

di L I R

U  u u  u Trong đó:

a

pN K

E   (1)

Với p- số đôi cặp từ chính

N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

K - hệ số cấu tạo của động cơ

 - từ thông kích từ dưới một cực từ

 -tốc độ quay của động cơ

Dạng phương trình cân bằng điện áp khi chuyển sang toán tử Laplace

u u

u u

u u u u

R

L p

R E U I

E I pL I R U

1

/ 1 ).

R E

U

1

/ 1 ) (

dt

d J M

M  c  Với M c - mômen cản trên trục động cơ

J - mômen quán tính của động cơ

+ Phương trình động học khi chuyển sang dạng toán tử Laplace

+ T ừ các phương trình (1); (2); (3); (4); (5) ta có sơ đồ cấu trúc của động

cơ điện một chiều :

Hình 1: Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện tiếp xúc một chiều

2.6.2 Bộ biến đổi

Động cơ điện một chiều không tiếp xúc được cấp diện từ bộ băm xung ápmột chiều điều chế độ rộng xung nếu bỏ qua quá trình chuển mạch của các vanthì có thể dùng sơ đồ khối như sau hình (H 3) để mô tả bộ băm xung

u

u pT

R

1

/1

Mô hình có phần tử role và có tín hiệu đặt kiểu chu kỳ Udf vì tần số làmviệc của bộ băm xung vào khoảng 300 ÷400 Hz nên chu kỳ xung là rất nhỏ sovới hằng số thời gian điện từ và của mạch lực, do đó có thể thay thế bằng môhình toán tính hoá với thời gian trễ bằng một nửa chu kỳ xung điều chế, Tv0=21ftrên hình (H.3.4)

Hàm trễ này có thể coi gần đúng là khâu quán tính, việc thay thế này đủchính xác khi tần số băm đủ lớn

W bd p =epT v0 =

bd

pT

 1

1 Trong đó ; Tbd là hằng số thời gian của bộ biến đổi

2.6.3 Các cảm biến.

a.Các cảm biến đo dòng

Yêu cầu đặt ra cho các bộ đo dòng điện một chièu và điện áp một chiều,ngoài việc đảm bảo độ chính xác còn phải đảm bảo độ cách li giữa mạch độnglực và mạch điều khiển

Người ta thường dùng phương pháp biến điệu để truyền tín hiệu một chiều

từ sơ cấp sang thứ cấp có cách li bằng biến áp hoặc phần tử quang điện

Mạch đo bao gồm khâu biến điệu, khâu chỉnh lưu nhạy pha, tín hiệu đođược sóng biến điệu chuyển qua biến thế sau đó chỉnh lưu thành tín hiệu xoaychiều Giữa sơ cấp và thứ cấp được cách li bởi biến thế Thông thường sóng biếnđiệu có tần số cao do vậy biến thế ở đây dùng lõi ferit nên giảm kích thướcthiết bị Để nhiều xoay chỉều không ảnh hưởng lớn tới bộ đièu chỉnh ta phảichọn tần số dao động lớn hơn mười lầnn tần số cơ bản đầu ra bộ chỉnh lưu

Trên hình (H.3.5) là sơ đồ cách li các đại lượng một chiều dùng bán dẫnquang điện Nó gồm mạch dao động xung tam giác đối xứng, mạch so sánh,mạch truyền xung và mạch tích phân

Trong đó : U là điện áp thực của động cơ cần đo, U* là điện áp đầu ra củacảm biến Gọi K1 là hệ số tỷ lệ ta có hàm truyền của cơ cấu đo là :

Wcbi p =U * U  p p =

i

i pT

K



1

Trong đó :

K : là hệ hệ số tỷ lệ

Ti = RζC : là hằng số thời gian bộ lọc

b Cảm biến đo tốc độ

* Nhiệm vụ : Đo tốc độ góc của động cơ và gửi đến bộ vi xử lí

Nó là bộ đo tốc độ bằng xung số, mỗi vị trí góc đo ứng với sự phối hợp cáctín hiệu 0 hoặc 1

* Cấu tạo : Gồm có bộ phát ánh sáng, bộ phát hiện và mã hoá quang điện Bộphát hiện quang điện có nhiệm vụ thu ánh sáng và phát thành tín hiệu điện

*Nguyên lí hoạt động : Bộ mã hoá quang điện có liên hệ cơ khí với động cơ trên

đó có gắn đĩa Đĩa gồm có các phần mờ và trong suốt liên tiếp và nhiều đường,mỗi đường lại gồm nhièu phần tử, ánh sáng do điôt phát quang quét qua lỗ củađĩa tạo nên ở điôt quang điện tín hiệu tương tự Tín hiệu này lại được chuyểnthành tín hiệu chữ nhật và được truyền về bộ vi xử lí.c Tại đây tín hiệu chữ nhậtđược phân tích theo chương trình cài đặt sẵn, từ đó nó cho biết tốc độ thực củađộng cơ Tốc độ thực này được so sánh với tốc độ đặt tín hiệu được điều chỉnhđưa vào bộ điều chỉnh tốc độ

Đĩa quay của bộ mã hoá gồm (n) đường, mỗi đường có hệ thống đọc riêng(điôt phát và điôt thu ) Mỗi vị trí góc của trục bộ mã hoá ứng với một mã hoánhị phân hình (H.3.7)

chuyển đổi tín hiệu, vì vậy chúng chính là một khâu trễ bậc nhất do đó mô hìnhtoán của cảm biến tốc độ có dạng :

Wcbω =



pT

 1 1

T : Hằng số thời gian của cảm biến đo tốc độ

Trong cảm biến vị trí có thêm bộ phận phát hiện chiều quay …

Tương tự như cảm biến tốc độ mô hình toán của cảm biến vị trí có dạngnhư sau :

Wcb =



pT

 1 1

Trong đó : T là hệ số thời gian của cảm biến vị trí

2.7 Các bộ điều chỉnh sử dụng trong máy hàn tự động

Đặt vấn đề

Hệ thống truyền động trục chính là hệ thống điều khiển hoạt động phụ

thuộc vào chế độ hoạt động của hệ thống truyền động ăn dao Cho nên phải đỏihỏi truyền động trục chính phải đảm bảo ổn định tốc độ hoạt động Ngoài ra đâycòn là hệ thống điều khiển tự động nên bên cạnh yêu cầu về độ chính xác nó

còn yêu cầu về độ tác động nhanh

Ta thấy trong hệ thống điều khiển vị trí có ba loại bộ điều chỉnh : bộ điềuchỉnh dòng điện (Rζi), bộ điều chỉnh tốc độ (Rζw) : bộ điều chỉnh vị trí (Rζv) Các

hệ thống điều chỉnh tự động trong công nghiệp thường sử dụng các thiết bị điềuchỉnh chuẩn sau : bộ điều chỉnh khuyếch đại (P), bộ điều chỉnh tích phân (I), bộđiều chỉnh vi phân (D), bộ điều chỉnh kết hợp khuyếch đại - vi phân (PD), bộ

điều chỉnh kết hợp khuyếch đại - tích phân (PI), bộ điều chỉnh kết hợp khuyếchđại - vi tích phân (PDI)

2.7.1 Bộ điều chỉnh tỷ lệ (P)

Ưu điểm của bộ tỷ lệ là tốc độ tác động nhanh, nghĩa là khi có tín hiệu vàothì lập tức có tín hiệu ra, tín hiệu ra luôn luôn trùng pha với tín hiệu vào Hệ số

sử dụng bộ tỷ lệ luôn luôn có cấu túc ổn định

Nhược điểm của bộ điều chỉnh này là khi làm việc với đối tượng tĩnh -đốitượng phổ biến trong công nghiệp, thì luôn luôn tồn tại sai lệch dư khi tín hiệuchủ đạo là hàm bậc thang và không thể sử dụng trong hệ thống có tín hiệu chủđạo dạng hàm tích phân hoặc các hàm thay đổi theo thời gian

Mô hình toán của bộ điều chỉnh tỷ lệ

Wp (P) =Kp

Trong đó : Kp gọi là hệ số tỷ lệ

2.7.2 Bộ điều chỉnh tích phân (I)

Ưu điểm của bộ điều chỉnh tích phân là triệt tiêu được sai lệch dư khi tínhiệu chủ đạo là hàm bậc thang, vì trong hàm truyền đạt của hệ thống hở có tốithiểu là một khâu tích phân

Nhược điểm của bộ điều chỉnh tích phân là tốc độ tác đông chậm Tín hiệu

ra luôn luôn chậm pha so với tín hiệu vào một góc bằng Л/2.Do đó tốc độ tácđộng chậm nên hệ thống điều chỉnh tự động sử dụng bộ điều chỉnh tích phân sẽkém ổn định

Mô hình toán của bộ điều chỉnh tích phân :

WI(p) =Ki 1p

Trong đó : Ki gọi là hệ số tích phân

2.7.3 Bộ điều chỉnh vi phân

Ưu điểm của bộ điều chỉnh vi phân là tốc độ điều chỉnh nhanh (nhanh hơn

bộ điều chỉnh tỉ lệ), về mặt lý thuyết thì tín hiệu ra nhanh hơn tín hiệu vào mộtgóc nhưng trong thực tế không tồn tại bộ vi phân độc lập, mà chỉ có bộ tỷ lệ viphân (PD) hay tỷ lệ vi tích phân (PID)