Đồ án thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào giường

Mỗi loại máy có đặc điểm làm việc và phương pháp xác định phụ tải, công suất động cơ truyền động cho máy và các đặc điểm yêu cầu đối với hệ thống trang bị của máy, các khâu điển hình và

TRƯỜNG ĐHSPKT VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN Độc lập – Tự do – hạnh phúc

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ

Khoá: 7 Sinh Viên thực hiện: TRƯƠNG HỮU QUÝ

Giáo viên hướng dẫn:TRẦN DUY TRINH

Tên đề tài: “Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào dường.”

Các tham số cho trước:

Chế độ cắt Lượng chạy dao S mm/htkép Chiều sâu cắt t

Nội dung thực hiện:

- Tổng quan về máy bào dường

- Tính chọn công suất động cơ cho truyền động trục chính máy bào dường

- Phân tích lựa chọn phương án truyền động

- Tính chọn thiết bị mạch động lực và hệ thống điều khiển

- Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

Ngày nhận đề tài…29/01/2016……….Ngày hoàn thành……29/02/2016…………

Duyệt Ngày 29 tháng…01… năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

- Bán kính quy đổi lức cắt về trục động cơ điện:

- Mômen quán tính của các bộ phận chuyển động:

- Chiều dài của máy: L = 5 m

- Tốc độ di chuyển bàn khi cắt gọt: V th = 13m/phút

- Tốc độ di chuyển bàn: V ng = 2V th

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

- Vật liệu chi tiết gia công: Thép cacrbon

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói chung và các ngành điện nói riêng Các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hoá Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu

cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động

Việc tăng năng suất lao động và giảm giá thành thiết bị điện của m¸y là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hoá nhưng chúng mâu thuẫn nhau Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá thích hợp cho máy là một bài toán khó

Môn học trang bị điện đề cập đến phần điện của các máy gia công kim loại là những máy chủ yếu và quan trọng trong công nghiệp nặng của nền kinh tế quốc dân

Mỗi loại máy có đặc điểm làm việc và phương pháp xác định phụ tải, công suất động cơ truyền động cho máy và các đặc điểm yêu cầu đối với hệ thống trang bị của máy, các khâu điển hình và sơ đồ điều khiển riêng biệt

Qua việc thiết kế đồ án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được học trong môn Trang bị điện và Điện tử công suất Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp Em xin chân thành cảm ơn các

thầy cô giảng dạy bộ môn Điện - Điện tử công suất, đặc biệt là thầy Trần Duy Trinh đã

hướng dẫn em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên:Trương Hữu Qúy

Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.Khái niệm chung

Máy bào mặt ph ng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử dụng rộng rãi Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại có biến dạng lớn Ngoài ra máy bào mặt ph ng còn được dùng để xẻ rãnh hình T, V, đuôi én Máy bào có thể gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặc tinh khác nhau Truyền động chính trong máy bào mặt ph ng là chuyển động tịnh tiến của bàn máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện Chất lượng và năng suất của máy bào mặt ph ng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt của dao… Vì vậy việc điều khiển động cơ truyền động cho bàn máy là hết sức quan trọng mà ta cần nghiên cứu

và giải quyết

2.Phân loại

Máy bào mặt ph ng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia thành các nhóm máy bào mặt ph ng như sau:

*Dựa vào số trụ phân ra :

Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy 710 ; 71120 ; 7116

Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy 7210 ; 7212 ; 7216

*Dựa vào chiều dài (Lb) của bàn máy và lực kéo bàn (Fk) ta phân ra:

Máy cỡ nhỏ: Chiều dài bàn Lb < 3 (m) ; Lực kéo Fk = 30  50 (KN)

Máy cỡ trung bình: Chiều dài bàn Lb = 4  5 (m) ; Lực kéo Fk = 50  70 (KN)

Máy cỡ nặng (lớn): Chiều dài bàn Lb > 5 (m) ; Lực kéo Fk > 70 (KN)

3.kết cấu máy bào mặt phẳng

Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau Ở đây

ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và các bộ phận chủ yếu của máy

Hình 1.1 Hình dáng bên ngoài của máy bào giường hai trụ

*Đế máy (thân máy)

Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối thế tạo vững chắc cho máy

Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động dọc theo đế máy

*Bàn máy

Được làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công Trên bàn máy có 5 rãnh chữ

T để gá lắp chi tiết cần gia công Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đế máy nhờ lực kéo của động cơ truyền động

*Giá chữ U

Được cấu tạo từ hai trụ thép vững chắc và có một dầm ngang trên cùng Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động để di chuyển xà

*Xà ngang

Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công

*Các bàn dao máy

Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao Giá máy có thể dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn nhất của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là 600

II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG

1 Truyền động chính của bàn máy

Truyền động của bàn là truyền động chính của máy là chuyển động tịnh tiến và có tính chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trình thuận và hành trình ngược

1.1 Hành trình thuận

Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt Ở hành trình này có nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ yêu cầu khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố của chế độ cắt gọt

Hình 1.2 Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào

Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc lớn nên quá trình quá độ chiếm thời gian khá lớn trong một chu kỳ làm việc Chiều dài hành trình (hay chiều dài bàn) càng lớn thì quá trình quá độ chiếm tỷ lệ càng nhỏ Năng suất của máy được xác định là số hành trình kép trên một đơn vị thời gian, vậy muốn đảm bảo năng suất của máy ta cần tìm hiểu về tốc độ yêu cầu của máy theo thời gian làm việc trong một chu kỳ:

 Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận, bàn máy được tăng tốc đến vận tốc

V0 trong thời gian t1 Thường thì vận tốc V0 = 515(m/phút) gọi là tốc độ vào dao

 Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t21 thì dao cắt bắt đầu vào chi tiết Dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao hoặc chi tiết

 t22dao cắt vào chi tiết và cắt với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t22

 t3 là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V0 đến tốc độ Vth gọi là tốc độ cắt gọt

 t4 là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi

 t5Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ từ tốc độ cắt gọt về tốc độ

V0 trong khoảng thời gian t5

 t61 là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V0

 t62 là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy vẫn chạy với tốc độ V0

 t7 là thời gian bàn máy được giảm tốc về 0 để đảo chiều sang hành trình ngược

 t8 là thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau khi đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng gọi là tốc độ không tải

 t9 là khoảng thời gian bàn máy chạy ngược ở tốc độ Vng không đổi

 t10Gần hết hành trình ngược, bàn máy được giảm tốc về tốc độ V0 trong khoảng thời gian t10

 t11 là khoảng thời gian bàn máy vẫn chạy ngược với tốc độ V0 và bắt đầu giảm tốc

về 0 để đảo chiều

 t12là thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ làm việc

và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo

Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết Tổng thời gian

từ khi bắt đầu hành trình thuận cho đến hết hành trình ngược gọi là chu kỳ làm việc của máy bào giường TCK

Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng với chế độ cắt gọt, thường thì Vth =

5120 m/ph Tốc độ bàn máy lớn nhất có thể đạt Vmax = 75120 m/ph Để tăng năng suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận Vng = k.Vth và thường thì k = 2  3

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian:

 TCK – thời gian một chu kỳ làm việc của bàn máy (s)

 tth thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận (s)

 tng thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược (s)

Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ là không đổi thì ta có:

 Lth , Lng : là chiều dài hành trình của bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định Vth,

Vng của hành trình thuận và hành trình ngược

 Lg.th , Lh.th : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình thuận

 Lg.ng , Lh.ng : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình ngược

V là tỷ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận

 tđc là thời gian đảo chiều của bàn máy

Từ công thức (1-3) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt gọt ở hành trình thuận là Vth thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tđc Khi k tăng thì Vngtăng nên năng suất của máy tăng, tuy nhiên khi k > 3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều tđc lại tăng Nếu chiều dài bàn máy Lb > 3 m thì thời gian tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là hệ số k Khi chiều dài bàn Lb bé và nhất

là khi tốc độ V= Vmax = 75120 (m/ph) thì tđc ảnh hưởng nhiều đến năng suất của máy

Vì vậy một trong các điều kiện cần chú ý khi thiết kế truyền động

cho bàn máy của máy bào giường là cần giảm thời gian quá trình quá độ càng nhỏ càng tốt

Một trong những biện pháp giảm thời gian quá trình quá độ là xác định tỷ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy làm việc với gia tốc cao nhất

*Kết luận:Từ những phân tích ở trên ta rút ra các yêu cầu về truyền động chính của máy

bào giường như sau:

*Phạm vi điều chỉnh tốc độ: D = max ngmax

min thmin

V V

=

V V (1-4) Trong đó :

 Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường Vngmax= 75

120 (m/ph)

 Vthmin : là tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận, thường Vthmin = 46 (m/ph)

Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,530)/1

* Đặc tính phụ tải của truyền động chính:

Thông thường, để đảm bảo cho công suất đặt là nhỏ nhất cho động cơ truyền động (thường là động cơ một chiều) thì hệ truyền động thường được điều khiển theo hai vùng điều chỉnh, ta có đặc tính của đồ thị phụ tải như sau:

Hình 1.3 Đặc tính của phụ tải máy bào giường

*Vùng I: là vùng thay đổi điện áp phần ứng trong dải điều chỉnh D = (56)/1 với mô men trên trục động cơ không đổi ứng với tốc độ bàn máy thay đổi từ Vmin = (46) m/ph đến Vgh = (2025) m/ph Khi đó lực kéo bàn máy là không đổi và công suất kéo Pc tăng dần lên

*Vùng II: là vùng điều chỉnh bằng cách giảm từ thông động cơ trong phạm vi D = (45)/1 khi thay đổi tốc độ từ Vgh đến Vmax = (75120) m/ph Khi đó công suất kéo PC gần như không đổi còn lực kéo thì giảm dần

Tuy nhiên, việc thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ làm giảm năng suất của máy vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ lớn (tức do quán tính của cuộn kích từ lớn) Vì vậy thực tế người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp

và giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, trong trường hợp này thì công suất động cơ phải tăng

D = (68)/1 với hệ thống truyền động là hệ F - Đ (máy phát điện một chiều cấp điện cho động cơ một chiều) Đối với máy cỡ nặng (Lb>5 m; FK>70 KN) thì D = (825)/1, hệ truyền động là F-Đ có bộ khuếch đại trung gian hoặc hệ truyền động T-Đ là hệ chỉnh lưu cấp điện cho động cơ một chiều và điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh góc mở của thyristor

2.Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao cũng làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần thời gian truyền động ăn dao được thực hiện từ thời điểm đảo chiều

từ hành trình thuận sang hành trình ngược và kết thúc trước khi dao cắt bắt đầu vào chi tiết

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100200)/1 với lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80100) mm/1 hành trình kép

Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt 1000 lần/giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống như: cơ khí, điện khí, thủy lực, khí nén…, thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ, đó là động

cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - êcu hoặc bánh

răng - thanh răng

Lượng ăn dao trong một hành trình kép khi truyền động bằng hệ trục vít - êcu được tính như sau: s = tv.t T

Và đối với hệ bánh răng - thanh răng là: s = tv.Z.t T

*Trong đó : tv; tv là vận tốc góc của trục vít; bánh răng (rad/s);

Z là số bánh răng;

t là bước răng của trục vít hoặc thanh răng (mm);

T là thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng (s)

Từ hai biểu thức trên, ta có thể điều chỉnh lượng ăn dao s bằng cách thay đổi thời gian

sử dụng nguyên tắc hành trình (sử dụng công tắc hành trình) hoặc nguyên

tắc thời gian (sử dụng rơle thời gian) Các nguyên tắc này đơn giản nhưng năng suất máy thường bị hạn chế, lý do là lượng ăn dao lớn thì thời gian làm việc phải dài, nghĩa là thời gian đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược phải dài và trong nhiều trường hợp thì điều này không cho phép Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ, điều chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc dùng hộp tốc độ nhiều cấp Nguyên

tắc này phức tạp hơn nguyên tắc trên nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyền động như nhau với các lượng ăn dao khác nhau

3 Truyền động nâng hạ xà

Máy bào giường có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảng cách giữa đầu dao và chi tiết gia công

4 Truyền động kẹp nhả xà

Là truyền động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao Truyền động được thực hiện nhờ động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tùy ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà như trên

5 Bơm dầu

Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được làm việc, lượng dầu trong máy đảm bảo thì rơle áp lực mới hoạt động kích hoạt làm kín mạch cho chuyển động của bàn Áp lực cần thiết là 2,5 at, hệ thống bơm dầu được thực hiện từ động cơ xoay chiều

6 Quạt gió

Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy làm việc với nhiệt độ cho phép

Nói chung, máy bào giường có công nghệ phức tạp, truyền động chính yêu cầu phải có

độ chính xác khá cao và có nhiều truyền động phụ Các truyền động bàn và truyền động

ăn dao có thể được điều khiển ở chế độ hiệu chỉnh hoặc tự động với trang thiết bị hợp lý, hiện đại Nếu điều khiển chính xác, đáp ứng được các yêu cầu về truyền động thì máy bào giường có thể gia công ở chế độ tinh với độ chính xác cao

CHƯƠNG II

T NH CH N ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CH NH MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1 Cơ sở lý thuyết tính chọn công suất cho động cơ truyền động chính máy bào giường

Gct là trọng lượng của chi tiết

Gb là khối lượng bàn máy

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải của động cơ hạng nặng

b Cơ sở lý thuyết tính chọn công suất động cơ cho truyền động chính máy bào giường

Việc chọn đúng công suất cho động cơ truyền đọng chính máy bào giường là hết sức quan trọng kể cả về chỉ tiêu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế

Nếu chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu thì động cơ phải làm việc với chế độ non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất thấp,vốn đầu tư lớn nên có hiệu quả kinh tế thấp.Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn yêu cầu thì động cơ luôn làm việc ở chế đô quá tải làm giảm tuổi thọ động cơ không đảm bảo năng suất cần thiết,chi phí cho việc bảo dưỡng và thay thế tăng nên hiệu quả mang lại cũng thấp Vì vậy,việc chọn dúng công suất động cơ truyền động sẽ đáp ứng được các yêu cầu về kinh

tế kỹ thuật cũng như năng suất của máy

v z

S t

T

C V

.



Vật liệu làm giao bằng thép gió P18, nên chọn : CV = 23,7

Vật liệu gia công là thép cacrbon tra bảng ta có:

• xV = 0,15

• yV = 0,66



7 , 23

.1 1 0,25 0,15 0,66

S t T

C V

v

x m

v

Lực cắt:

) ( 3 , 40164 7

, 2 5 , 3 8 200 81 , 9

81 ,

,0.1000

60

13.40790

1000

60

.1



th

k V F

th

ng th V

7 , 23

. 2 2 0,25 0,15 0,66

S t T

C V

v

x m

Do đó: Fk2 = 42530,18+(8500+42530,18.0,4).0,05 =43805,78(N)

Công suất đầu trục động cơ ở chế độ cắt 2:

65 , 12 75 , 0 1000 60

13 78 , 43308

1000 60

th

ng th

,1.20.60

7,23

S t T

C V

v

x m

, 4 4 , 1 20 200 81 , 9

81

13.51939

1000.60

.3



th

k V F

th

ng th

Lực cắt

FZ(N)

Lực dọc trục

FY(N)

Trọng lượng

Gct+

Gb (N)

Lực kéo

FK(N)

Công suất đầu trục

Pth(Kw)

Công suất tính toán

Từ những số liệu tính toán ở trên ta nhận thấy: Ptt3 > Ptt1 > Ptt2

Vậy ta chọn công suất định mức của động cơ thoả mãn là :

PđmĐ ≥ Ptt max=29≥29 (Kw)

đm≥ng = 105≥43,33 (rad/s)

Mặt khác, hệ thống phương án truyền động đă chọn là hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu .Dựa vào bảng thông số các động cơ điện một chiều ПH,220 (V) có vỏ bảo vệ có chế độ làm việc dài hạn và phạm vi điều chỉnh tốc độ dưới 1:2 ta chọn được:

Vận tốc góc của động cơ

60

1000 14 , 3 2 60

2

07,0.151220)

3 kiểm nghiệm động cơ

Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn ta tiến hành như sau :

- Xác định công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận :

P0th=P0th P p0

*Trong đó : Tổn hao không tải ở hành trình thuận là

25,2)75,01.(

15.6,0)1.(

.6,

6.10.710.5,1.1000.60





ad b

ct G V G

(kw)  Tổn hao không tải ở hành trình thuận:

P0th=∆P0th+∆Pp0=2,25+0,0425=2,3 (Kw)

- Xác định mômen không tải của động cơ

) ( 8 , 25 105

10 29 151 2 10

3 3

M

đm

đm đm

10.3,28,2510

0

3 0 0

, 21

1000 5 , 14 8 , 25 10 3

3 0

M

M dtth   th   th   



- Xác định dòng điện không tải :

)(132

8,25

695

A k

26 3 , 2

10.6,48,25

132

A k

- Dòng điện quá độ: Iqđ=2,5.Idm=2,5.151=377,5 (A)

- Xác định các khoảng thời gian làm việc:

- Thời gian quá độ :

đm c

qđ

qđ

k I I

j t

+ Ic là dòng điện phụ tải động cơ

+ Với các khoảng thời gian t1,t9,t12,t14 động cơ không mang tải nên Ic  0 +Chọn v0 =6m/s

ω1=0 ,ω2=V0/60.=10 rad/s

2.5,377

)010(8,214 9

đm c

qđ I k I

j t

t





 ) (

1  0  10 , 2  th  21 , 66; Ic= Ith=347,5(A)

Vậy :

)(5.02)

5,3475,377(

)1066,21(8,2)

(

)( 2 16

k I I

j t

t

đm c qđ

j t





3

2.5,377

33,43.8,2

j t







)

2.5,377

)66,2133,43.(

8,

(2

9 1

0

b ith b

5

5  

th V

2

12 0

= 0,18 phút = 11,4 giây

+Thời gian làm việc cả chu kỳ là :

Tck=t i (t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8+t9+t10+t11+t12+t13+t14)

=(3t1+2t4+t10+t12+t13+2t7+2t2+t5+t11) =35,5(s)

b iểm nghiệm động cơ đ chọn:

+ Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:

ck

i i đt

T

t I

35,

Vậy động cơ thõa mãn điền kiện phát nóng

+ Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải về momen

Điều kiện : max

M  đm  

6,2513

PHẦN III PHÂN T CH LỰA CH N PHƯƠNG 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 được yêu cầu công nghệ, 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 lượng điện xoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rải

Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van… Chúng được điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau với những ưu điểm khác nhau Do đó để có được một phương án phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh những chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật để đưa ra phương án tối ưu

1 Nội dung phương án :

Trên thực tế, có rất nhiều phương án để giải quyết Tuy nhiên mổi phương án có những ưu nhược điểm của nó Nhiệm vụ của nhà thiết kế phải chọn ra phương án tối ưu nhất

Đối với những hệ thống truyền động điện đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng động cơ điện xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản Với hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về công nghệ, chất lượng như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng thì phải dùng động cơ diện một chiều Các hệ điều chỉnh kèm theo phải đảm bảo các yêu cầu công nghệ và có khã năng tự động hóa cao

Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp thì chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy, công suất làm việc để đưa ra những phương án cụ thể để đáp ứng yêu cầu của nó Để chọn đợc phương án tốt nhất trong các phương án đa 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, nó quyết định đến chất lượng hệ thống Do vậy việc lựa chọn phương án và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống

2 Ý nghĩa của việc lựa chọn :

Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó

được thể hiện qua các mặt

+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy sản xuất

+ Đảm bảo được 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

II CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG:

1 Hệ truyền động máy phát - Động cơ : (F - Đ)

Trong hệ truyền động máy phát - Động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng động cơ

là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập)

Sơ đồ nguyên lý :

Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từ máy phát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐB ĐK, động cơ 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 cuộn dây 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

Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ

d

u u

d k

R I k

uE uD

d

I k

R R

k

F E

Từ phương trình đặc tính cơ của hệ F -

Đ ta có họ đặc tính cơ của hệ là những

đường th ng song song nằm ở cả bốn

góc phần tư của mặt ph ng tọa độ với

đ-+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng

+ Có khả năng quá tải cao

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

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

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

- Nhược điểm :

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

+ Tổng công suất đặt lớn

+ Vốn đầu tư ban đầu lớn

+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc 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 chiều cấp 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 được đóng vào lưới điện với điện áp thích hợp , lúc này động cơ vẩn chưa 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 xuất hiện các xung đưa 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 phần ứng 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 quá trình ổn định tốc độ

n U K

K (  )

Phương 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 b

dk

d b

K K

R R K

K

U K

K

1

1

Họ đặc tính cơ của hệ thống như hình vẽ :

+ Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt ph ng 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 đối với các hệ thống đảo chiều

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

3.Hệ truyền động xung áp động cơ

3.3.1 Khái quát

Để đóng cắt điện áp nguồn ta thường dùng các khóa điện tử công suất vì chúng có đặc tính tương ứng với khóa lý tưởng,tức là khi khóa dẫn điện(đóng)điện trở của nó không đáng kể,còn khi nó bị ngắt(mở ra) điện trở của nó lớn vô cùng(điện áp trên tải bằng không)

3.3.2Đánh giá chất lượng hệ thống

Ưu điểm:

-Bộ biến đổi xung áp có khả năng điều chỉnh và ổn định điện áp ra trên phụ tải

-Hiệu suất cao vì tổn thất công suất trong bộ biến đổi không đáng kể

-Độ chính xác cao ít bị ảnh hưởng của môi trường

Qua quá trình phân tích 3 hệ thông F - Đ và T- Đ và XA-Đ ta thấy chúng có những

ưu điểm nhựơc điểm nhất định Cả 3 hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt

ra

Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểm khác nhau Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư Với hệ thống F - Đ khi lắp đặt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao

Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầu tối

-ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ không gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung quanh Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay

.Hệ XA-Đ thì cần phải có 1 thêm 1 bộ biến đổi tính kinh tế không cao

.Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ Kích thước nhỏ và gọn nhẹ

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hoá các

hệ thống tự động, gia công chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý…

Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra Với những ưu điểm và những đặc điểm phù hợp cách truyền động Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T -

Đ

III CHỌN SƠ BỘ MẠCH ĐỘNG LỰC

1.giới thiệu động cơ một chiều

Việc lựa chọn động cơ một cách hợp lý là rất quan trọng trong việc thiết kế hệ truyền động Động cơ lựa chọn phải đảm bảo các điều kiện công nghệ yêu cầu, đồng thời phải thõa mãn các yếu tố như dễ điều khiển, tổn hao ít, vận hành tin cậy, giá thành hạ, dễ sữa chữa, lắp đặt, bảo dưỡng, dễ thay thế, chi phí hàng năm thấp

Trong nền sản suất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được được sử dụng rộng rãi do động

cơ một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt bằng các thiết bị không quá phức tạp, khả năng mở máy dễ dàng và đặc biệt là khả năng chịu quá tải lớn Chính vì vây mà động cơ một chiều được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cắt gọt kim loại, cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải Tuy nhiên động cơ một chiều vẫn có những nhược điểm của nó so với máy xoay chiều như: giá thành cao hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp điện khó

khăn, phức tạp do động cơ một chiều dễ phát sinh tia lửa điện, kích thước và trọng lượng nặng hơn so với động cơ không đồng bộ ở cùng cấp công suất, làm việc kém tin cậy hơn, khó sữa chữa và bảo dưỡng

Động cơ điện có 4 loại là : kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp và kích

từ hỗn hợp Động cơ một chiều kích từ nối tiếp, song song, hỗn hợp thường ít dùng để điều chỉnh tốc độ, mặt khác đặc tính cơ của các động cơ loại này không tốt bằng động cơ kích từ độc lập Vì vậy mà khi công suất động cơ lớn chủ yếu người ta dùng động cơ một chiều kích từ độc lập để dễ dàng điều chỉnh tốc độ và kinh tế hơn

* Động cơ một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ nguyên lý:

Nếu bỏ qua tổn hao trên trục động cơ và tổn hao thép thì mô men trên trục động cơ bằng mô mem điện từ:

Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

Ta thấy rằng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là tuyến tính nên dễ dàng điều khiển tốc độ, để điều khiển tốc độ ta có thể điều chỉnh điện áp nguồn cấp cho phần ứng

U, từ thông hay dòng kích từ It và điện trở phần ứng Về việc đảo chiều động cơ ta có thể đảo chiều dòng phần ứng Iư hoặc đảo chiều dòng kích từ If

Tóm lại: Về phương diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ một chiều có nhiều ưu việt hơn các loại động cơ khác, không những thế động cơ một chiều có cấu trúc mạch động lực và

sơ đồ mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt được chất lượng điều chỉnh cao do đặc tính cơ điều chỉnh là tuyến tính, dải điều chỉnh tốc độ rộng Đặc biệt động cơ một

2.Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

2.1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng

Khi điều chỉnh mạch phần ứng thì điện áp U = Uđm và từ thông  hay dòng kích từ Ikt

= Iktđm được giữ không đổi và ta chỉ điều chỉnh Rf trong mạch phần ứng Khi điều chỉnh điện trở phần ứng thì tốc độ không tải lý tưởng là không đổi 0 U

Hình 2.3 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi điện trở phần ứng Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phần ứng có một số đặc điểm sau:

-Điện trở mạch phần ứng càng tăng độ dốc đặc tính càng lớn và tốc độ càng giảm, phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức do chỉ có thể tăng điện trở phần ứng

-Tổn hao công suất của hệ lớn do nhiệt phát sinh trên điện trở khi điều chỉnh

-Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mô men tải, tải càng lớn thì dải điều chỉnh càng lớn

-Điều chỉnh theo phương pháp này thường chỉ điều chỉnh theo cấp bằng cách đóng cắt các cấp điện trở phụ dùng tiếp điểm congtactor

2.2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Để điều chỉnh từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ trong mạch phần cảm It , giữ nguyên điện áp cấp cho mạch phần ứng U = Uđm = const và điện trở phần ứng Rư = const

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi từ thông  thì tốc độ không tải và độ cứng đều thay đổi

Nhưng do cấu trúc của máy một chiều mà ta chỉ có thể điểu chỉnh giảm từ thông, tuy nhiên khi từ thông giảm nhỏ quá thì tốc độ động cơ tăng quá lớn và vượt quá giới hạn cho phép hoặc làm điều kiện chuyển mạch xấu đi do dòng phần ứng tăng cao Để chuyển mạch xảy ra bình thường thì cần giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên trục động cơ giảm đi rất nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải Khi điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi từ thông sẽ có họ đặc tính và một số đặc điểm sau:

-Phương pháp này chỉ điều chỉnh chỉ có thể giảm từ thông, chỉ có thể tăng tốc độ động

cơ với dải điều chỉnh trơn trong khoảng D = 3:1

-Độ cứng của đặc tính cơ giảm khi từ thông giảm, các đặc tính cơ cắt nhau nên thực tế phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so vởi định mức

-Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh thực hiện ở mạch kích từ nhỏ nên tổn thất công suất khi điều chỉnh bé

-Nhược điểm chỉnh của việc điều chỉnh từ thông là hằng số thời gian của cuộn kích từ

Tk lớn, đặc tính từ hóa phi tuyến mạnh và phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp

-Chịu tác động nhiều của nhiễu phụ tải, ngoài ra từ dư của động cơ có ảnh hưởng xấu đến các hệ truyền động có đảo chiều bằng kích từ

2.3.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt lên động

cơ ta phải giữ nguyên   ®m và điện trở phần ứng Rư = const

Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng

-

+ BBĐ

Khi điện áp thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng 0 U

K

 

 thay đổi và độ cứng không đổi, do đó ta được họ đặc tính cơ song song với nhau như hình vẽ

Hình 2.6 Đặc tính cơ của động cơ một chiều khi thay đổi điện áp

Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là :

-Điện áp U càng giảm thì tốc độ càng nhỏ và chỉ có thể điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức

-Độ sụt tốc trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau Độ sụt tốc lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh, do vậy sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) không vượt quá sai số cho phép thì hệ làm việc ổn định trong toàn dải điều chỉnh -Dải điều chỉnh tốc độ phương pháp này tương đối lớn D  10/ 1

-Nhược điểm của việc điều khiển điện áp là dùng bộ biến đổi khá phức tạp

*Tóm lại:qua 3 phương pháp điều khiển tốc độ trên ta thấy rằng việc điều khiển tốc độ

bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng Uư có chất lượng điều chỉnh tốt nhất, trước hết nó có khả năng điều chỉnh triệt để trong bất kỳ vùng tải nào Đặc tính cơ của nó mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên và cứng hơn đặc tính cơ biến trở Vì vậy, phương pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lượng không cao Mặt khác, vì phần tử điểu chỉnh đặt trong mạch điều khiển nên độ tinh điều chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng kín để tăng chất lượng điều khiển

3.Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu

Tùy theo yêu cầu cụ thể của tải, yêu cầu chất lượng, tính kinh tế mà ta cần lựa chọn sơ

đồ chỉnh lưu cho phù hợp Một số chỉnh lưu thông dụng hiện nay là: chỉnh lưu cầu 1 pha, chỉnh lưu tia 3 pha, chỉnh lưu cầu không đối xứng, chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng, chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng

Với máy bào giường có thông số như trên thì lực kéo Fk là khá lớn nên công suất động cơ một chiều phải lớn, vì vậy mà ta không thể chọn chỉnh lưu cầu một pha được

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 lưu bằng số pha của nguồn cung cấp

Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn xoay chiều Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ 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 lưu

b) Sơ đồ hình cầu:

Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:

Số van chỉnh lưu 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 dương của điện áp nguồn ; m van có anôt

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

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

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

3.1 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 dương ( 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