XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG CHẾ TẠO CỤM ROTOR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TRÊN MÁY CNC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG CHẾ TẠO CỤM ROTOR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TRÊN MÁY CNC Họ tên sinh viên: NGUYỄN QUANG MINH Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 7/2010 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIA CƠNG CHẾ TẠO CỤM ROTOR CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG GIĨ TRÊN MÁY CNC Tác giả NGUYỄN QUANG MINH Khóa luận đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: TS DƯƠNG MINH TÂM GV LÊ QUANG HIỀN Tháng năm 2010 i LỜI CẢM ƠN Qua quãng thời gian làm đề tài, nhận thấy rõ ràng giá trị mối quan hệ chặt chẽ, hỗ trợ lẫn môn học khung chương trình đào tạo ngành Điều Khiển Tự Động trường Đại học Nơng Lâm Tp.HCM Khơng có mơn học thừa không thiếu môn học đòi hỏi sinh viên cần phải tự vận động tìm hiểu, nghiên cứu muốn bắt kịp thành tựu mà giới có hay nghiên cứu Tơi xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Bộ môn Điều Khiển Tự Động giảng dạy kiến thức chuyên môn làm hành trang cho thực tốt đề tài Trong suốt trình thực đề tài, nhận hướng dẫn nhiệt tình hỗ trợ trang thiết bị thực đề tài từ thầy TS Dương Minh Tâm thầy Lê Quang Hiền Tôi xin gửi đến hai thầy lời cảm ơn chân thành Trong q trình làm khơng phải lúc sn sẻ, vấn đề khó lý giải Những lúc nhận hỗ trợ kịp thời mặt kỹ thuật trang thiết bị làm việc từ thầy Ths Lê Văn Bạn Tôi xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất anh làm việc phòng khí xác tự động hóa trung tâm nghiên cứu triển khai khu công nghệ cao Tp.HCM Tôi xin cảm ơn gia đình tơi Gia đình ln chỗ dựa tinh thần vững cho Cuối xin cảm ơn bạn lớp DH06TD giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Quang Minh ii TÓM TẮT Ngày nay, lượng gió dần trở thành lựa chọn hàng đầu để sản xuất điện hầu phát triển (Mỹ, Đức, Đan Mạch,…), đơn giản nguồn lượng dồi Cùng chung với xu hướng đó, Việt Nam có sách ưu tiên đầu tư bền vững nhằm khai thác hết khu vực tiềm cho việc phát triển nguồn lượng Đây lĩnh vực đầy tiềm với đất nước có tổng chiều dài bờ biển 3440 km Đề tài “xây dựng quy trình cơng nghệ gia cơng chế tạo cụm rotor máy phát điện gió máy CNC” nhằm góp phần nhỏ vào việc thực hóa việc sử dụng lượng gió lãnh thổ Việt Nam Đề tài nhằm đưa nhìn tổng thể quy trình gia cơng chế tạo cụm rotor máy CNC Quy trình lập nhằm góp phần khai thác tối đa lợi ích mà máy CNC mang lại: xác, tiết kiệm thời gian sản xuất giảm thiểu lao động dần tiến tới sản xuất hàng loạt ™ Các kết đạt được: ¾ Xây dựng lập quy trình chế tạo, lắp ráp cụm rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió ¾ Xây dựng lập quy trình cơng nghệ gia cơng viết chương trình NC gia công chế tạo cụm rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió máy CNC Đồng thời tận dụng tối đa lợi ích chức CAM phần mềm Pro/E nhằm tự động hóa từ khâu viết chương trình tới khâu sản xuất ¾ Gia cơng chế tạo thành công cụm rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió cơng suất 500W – 1000W iii MỤC LỤC Trang tựa i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh sách hình viii Danh sách bảng x CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.2.1 Mục đích chung 1.2.2 Mục đích cụ thể đề tài 1.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu nguồn lượng xanh 2.1.1 Sự phát triển nguồn lượng gió giới 2.1.2 Tiềm phát triển nguồn lượng gió lãnh thổ Việt Nam 2.2 Máy phát điện 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Cấu tạo 2.2.3 Phân loại 2.2.4 Nguyên lí làm việc 2.2.5 Vật liệu chế tạo máy phát điện 11 2.2.5.1 Vật liệu dẫn điện 11 2.2.5.2 Vật liệu dẫn từ 12 2.2.5.3 Vật liệu cách điện 12 2.2.5.4 Vật liệu kết cấu 12 2.3 Tìm hiểu sơ lược máy phát điện gió 12 iv 2.3.1 Cấu tạo 12 2.3.2 Các kiểu tuabin gió 14 2.3.3 Cơng suất loại tuabin gió 15 2.3.4 Ngun lí hoạt động tuabin gió 15 2.4 Sơ lược máy phát điện gió quy mơ nhỏ sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu 15 2.4.1 Cấu tạo 15 2.4.2 Nguyên lí hoạt động 16 2.4.3 Tìm hiểu nam châm vĩnh cửu 16 2.5 Rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió cơng suất nhỏ 17 2.5.1 Khái niệm 17 2.5.2 Cấu tạo 17 2.5.3 Yêu cầu cụm rotor nam châm vĩnh cửu 18 2.5.4 Ưu điểm nhược điểm của rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió cơng suất nhỏ 18 2.5.4.1 Ưu điểm 18 2.5.4.2 Nhược điểm 19 2.6 Máy gia cơng xác CNC (Computer Numerical Control) 19 2.6.1 Mơ hình khái qt máy CNC 19 2.6.2 Các phương pháp điều khiển 19 2.6.3 Hệ trục tọa độ máy CNC 20 2.6.4 Thông số NC cần khai báo trước gia công 20 2.6.4.1 Thông số dụng cụ 20 2.6.4.2 Thông số gia công 21 2.6.5 Các bước thực gia công máy CNC 22 2.6.6 Kiểm tra chương trình điều khiển NC 23 2.6.7 Điều chỉnh máy CNC 23 2.6.8 Gia công chi tiết máy CNC 23 2.7 Thông số kỹ thuật máy NC/CNC phòng thí nghiệm 24 2.7.1 Máy tiện NC-HAAS_TL-1 24 v 2.7.2 Máy tiện CNC-HAAS_SL-20 24 2.7.3 Máy phay CNC-HAAS_VF-1 25 2.7.4 Máy phay CNC-HAAS_VF-3 26 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu đề tài 27 3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài 27 3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài 27 3.2 Đối tượng thiết bị nghiên cứu 28 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 28 3.2.2 Thiết bị nghiên cứu 28 3.3 Phương pháp thực đề tài 28 3.3.1 Chọn phương pháp gia cơng cụm rotor máy phát điện gió 28 3.3.2 Phương pháp thực phần khí 30 3.3.3 Phương pháp thực phần điện tử 30 3.3.4 Phương pháp thực phần mềm 30 3.4 Phương tiện thực đề tài 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 4.1 Bản vẽ mơ q trình lắp ráp cụm rotor 31 4.2 Bản vẽ lắp cụm rotor (có đính kèm khóa luận) 32 4.3 Các vẽ chi tiết cụm rotor chế tạo 32 4.3.1 Bản vẽ trục rotor 32 4.3.2 Bản vẽ trụ rotor 33 4.3.3 Bản vẽ bích 34 4.3.4 Bản vẽ bích 35 4.3.5 Bản vẽ đồ gá 37 4.3.6 Bản vẽ khuôn ép nam châm 38 4.4 Trình tự gia cơng chế tạo cụm rotor nam châm vĩnh cửu máy phát điện gió cơng suất 500W 39 4.5 Quy trình cơng nghệ gia công cụm rotor máy CNC 40 vi 4.5.1 Quy trình cơng nghệ gia công trục rotor 40 4.5.2 Quy trình cơng nghệ gia cơng trụ rotor 40 4.5.3 Quy trình cơng nghệ gia cơng bích 40 4.5.4 Quy trình cơng nghệ gia cơng bích 40 4.6 Kiểm tra kích thước sai lệch sau gia cơng 41 4.7 Quy trình lắp ráp nam châm vĩnh cửu vào rãnh trụ rotor: 42 4.8 Mơ hình khảo nghiệm cụm rotor 44 4.8.1 Bản vẽ khung đỡ stator rotor 44 4.8.2 Mơ hình khảo nghiệm thực tế 44 4.8.3 Bố trí khảo nghiệm 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 49 5.1 Kết luận 49 5.2 Đề nghị 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Pin mặt trời Hình 2.2: Tuabin gió Hình 2.3: Biểu đồ quốc gia sử dụng lượng gió nhiều giới năm 2008 Hình 2.4: Bản đồ tài nguyên gió lãnh thổ Việt Nam Hình 2.5: Cấu tạo máy phát điện Hình 2.6: Ngun lí phát điện Hình 2.7: Đường sức từ nam châm 10 Hình 2.8: Mật độ từ thơng xuyên qua cuộn dây 10 Hình 2.9: Sơ đồ máy phát điện thực tế 11 Hình 2.10: Cấu tạo bên máy phát điện gió 13 Hình 2.11: Tuabin gió loại trục đứng loại trục ngang 14 Hình 2.12: Máy phát điện gió sử dụng rotor nam châm vĩnh cửu 16 Hình 2.13: Nam châm vĩnh cửu 17 Hình 2.14: Stato rotor máy phát điện gió cơng suất 1kW 18 Hình 2.15: Kiểm tra độ phẳng trình phay CNC 23 Hình 2.16: Máy tiện NC –HAAS_TL-1 24 Hình 2.17: Máy tiện CNC-HAAS_SL-20 25 Hình 2.18: Máy phay CNC-HAAS_VF-1 25 Hình 2.19: Máy phay CNC-HAAS_VF-3 26 Hình 3.1: Sơ đồ biểu diễn trình tự thiết kế 29 Hình 4.1: Bản vẽ 3D 31 Hình 4.2: Bản vẽ số 32 Hình 4.3: Bản vẽ số 33 Hình 4.4: Bản vẽ số 35 Hình 4.5: Bản vẽ số 36 viii Hình 4.6: Bản vẽ số 37 Hình 4.7: Bản vẽ số 38 Hình 4.8: Quy trình gia cơng chế tạo cụm rotor tổng quát 39 Hình 4.9: Xác định cực từ nam châm cảm biến Hall 42 Hình 4.10: Trụ rotor gắn nam châm đặt lòng khn ép 42 Hình 4.11: Rotor sau ép nam châm xong 43 Hình 4.12: Rotor hồn chỉnh lõi thép stator 43 Hình 4.13: Bản vẽ lắp khung đỡ 44 Hình 4.14: Mơ hình khảo nghiệm quan sát từ phía trước 44 Hình 4.15: Mơ hình khảo nghiệm quan sát từ phía sau 45 Hình 4.16: Sơ đồ đấu dây tạo tải giả pha, đối xứng 47 ix ¾ Kiểm tra việc gia cơng (NC Check): Mơ Vericut 6.0 ¾ Xuất chương trình NC (Post Process) Menu lựa chọn xuất chương trình NC theo hệ Fanuc PHỤ LỤC 20 Tính tốn thiết kế dây quấn stator ™ Các số liệu biết: ¾ Đường kính stator: Dt = 150 (mm) ¾ Bề dầy lõi thép stator: L = 60 (mm) ¾ Bề dày gơng stator: bg = 35 (mm) ¾ Bề dày stator: br = (mm) ¾ Tổng số rãnh stator: Zs = 36 (rãnh) ¾ Số cặp cực: p = (cặp) Các kích thước lõi thép stator cần xác định để tính tốn dây quấn ™ Bước từ cực : τ= π × Dt 2× p = 3.14 × 15 = 3.925 (cm) 2×6 ™ Từ thông từ cực: φ = 0.64 × τ × L × Bς = 0.64 × 3.925 × × Bς × 10 −4 = 15.072.10 −4.Bς (Wb/m2) ¾ Với Bς mật độ từ thơng khe hở khơng khí • Mật độ từ thơng phần gơng stator: Bg = φ × 10 −4 × bg × L × 0.95 = 15.072.10 −4 × 10 −4 ≈ 0.38Bς (Wb/m2) (1) × 3.5 × ì 0.95 Mt t thụng phn stator: Br = 1.57 × φ × 10 1.57.10 × 15.072.10 −4.Bς = = 1.98 Bς (Wb/m2) (2) (Z s / p )× br × L × 0.95 (36 / 2.6)× 0.7 × × 0.95 ¾ Tra bảng 7-2 (trong sách kỹ thuật quấn dây Trần Duy Phụng) mật độ từ thông cho phép có: ⎧⎪ Bg < 1.5(Wb / m ) ⎨ ⎪⎩ Br < 1.7(Wb / m ) (1) ⇒ Bς max = 1.5 ≈ 3.95 (Wb/m2) 0.38 (2) ⇒ Bς max = 1.7 ≈ 0.86 (Wb/m2) 1.98 • Chọn Bς = Bς max = 0.86 − 0.02 = 0.84 (Wb/m2) • Ta có: φ = 15.072.10 −4.Bς = 15.072.10 −4 × 0.84 = 12.66.10 −4 (Wb/m2) B g = 0.38 Bς = 0.38 × 0.84 = 0.3192 (Wb/m ) Br = 1.98Bς = 1.98 × 0.84 = 1.6632 (Wb/m2) ¾ So với bảng tra mật độ từ thơng cho phép ta thấy Bg Br không chênh lệch nhiều nên thỏa điều kiện ™ Số vòng dây cuộn pha Wf: • Tiết diện từ cực: S tc = τ × L = 3.925 × = 23.55 (cm2) S φ (cm2) 15 - 50 50 - 100 100 -150 150 - 400 >400 KE 0.75 - 0.86 0.86 - 0.90 0.90 - 0.93 0.93 - 0.95 0.96 – 0.97 Bảng chọn hệ số điện áp giáng KE ắ Tra bng trờn chn KE = 0.8 Số cạnh dây cực, pha: q= ZS 36 = = (cạnh dây) 3× p 3× ì ắ Tra bng 7-4 (trong sỏch k thuật quấn dây Trần Duy Phụng) có: Kdq = Ta cú: Wf = KE ìU f 4.4 × f × φ × K dq = 0.8 × 220 × 10 = 632 (vòng) 4.4 × 50 × 12.66 × • Vậy số vòng cuộn dây: WC = WC 632 = ≈ 53 (vòng) NC 12 ™ Tiết diện dây dẫn Sd: • Tiết diện rãnh trống: 1⎛ 8⎞ 3.14 × π d ⎛ d⎞ = 88.48 (mm2) = × ⎜12.8 − ⎟ × (6.2 + 8.2 ) + S r = ⎜ h − ⎟.(a + b ) + 2⎝ 2⎠ ⎝ 2⎠ • Ta có: Sd = f r × S r 0.35 × 88.48 = ≈ 0.292 (mm2) 106 Nr • Với: f r = 0.35, hệ số lợi dụng rãnh N r = 53 ì = 106 (si) ắ Tra bng 7-6 (trong sách kỹ thuật quấn dây Trần Duy Phụng) chọn cỡ dây: d = 0.62 (mm) có Sd = 0.302 (mm2) • Đường kính dây kể lớp cách điện ê-may là: dcd = 0.62 + 0.05 = 0.67 (mm) ™ Kiểm tra lại hệ số lấp đầy: ¾ Diện tích rãnh trống sau lót giấy cách điện: S t = 0.8 × S r = 0.8 ì 88.48 = 70.784 (mm2) ắ H s lp đầy: K lđ N r × d cđ2 106 × 0.67 = = ≈ 0.672 < 0.75 St 70.784 ⇒ thỏa điều kiện cho phép thực quấn dây ™ Cường độ dòng điện If cho phép cuộn pha: ¾ Chọn mật độ dòng điện J = (A/mm2) I f = J × S d = × 0.302 = 1.812( A) ™ Ước lượng công suất định mức thực tế máy phát: Pđm = × U đmpha × I đmpha × cos ϕ × η = × 220 × 1.812 × 0.8 × 0.81 ≈ 775(W ) ¾ Với giá trị η cos ϕ lấy theo giá trị thông thường PHỤ LỤC 21 Tính tốn vẽ sơ đồ dây quấn ™ Ta tiến hành quấn dây theo dạng đồng khuôn lớp, cực từ thật ™ Bước từ cực: τ= ZS 36 = = 3(rãnh) 2p 2×6 ™ Độ lệch pha α = 120 tính theo rãnh: α= ZS 36 = = 2(rãnh) 3p 3× ™ Số cạnh dây/cực/pha: q = ZS 36 = 2× = (cạnh dây) 3.2 p × 12 ™ Chọn bước cuộn dây bước đủ: Y = τ = (rãnh) ™ Tiến hành dựng sơ đồ: Sơ đồ trải dây quấn PHỤ LỤC 22 Một số hình ảnh mơ hình khảo nghiệm thực tế Điện trở 130W Bóng đèn 60W Thiết bị đo số vòng quay Máy đo điện áp tần số Mơ hình thiết bị đo phục vụ cho việc khảo sát PHỤ LỤC 23 Bảng kết khảo nghiệm trường hợp không tải Lần đo nđộngcơ Tần số (Hz) nrotor (v/ph) (v/ph) Điện áp (V) Pha Pha Pha 3 12 13 23 1450 802 80.18 80.14 80.20 193 193 195 376 369 366 1450 801 80.10 80.10 190 191 193 363 365 365 1450 800 80.23 80.25 80.50 189 189 191 361 364 363 1450 800 80.23 80.25 80.50 188 189 191 361 363 363 1450 800 80.23 80.25 80.50 188 189 191 361 363 363 79.9 PHỤ LỤC 24 Bảng kết khảo nghiệm trường hợp có tải điện trở 130W PHỤ LỤC 25 Bảng kết khảo nghiệm trường hợp có tải điện trở 130W bóng đèn 60W PHỤ LỤC 26 Bảng kết khảo nghiệm trường hợp có tải điện trở 130W bóng đèn 60W PHỤ LỤC 27 Bảng kết khảo nghiệm trường hợp có tải điện trở 130W bóng đèn 60W PHỤ LỤC 28 Mạch ngun lí xác định cực từ nam châm cảm biến Hall PHỤ LỤC 29 Các lệnh thường dùng lập trình phay CNC ™ Mã G-Codes: G00: chạy nhanh không cắt phôi G20: hệ đơn vị đo inch G01: chạy cắt theo đường thẳng G21: hệ đơn vị đo mét G02: chạy cắt theo đường tròn (cùng G28: trở điểm tham chiếu chiều kim đồng hồ) G54-G59: cài đặt chuẩn lập trình G03: chạy cắt theo đường tròn (ngược G41: bù trừ dao bên phải chiều kim đồng hồ) G42: bù trừ dao bên trái G90: tọa độ tuyệt đối G43: bù trừ chiều cao dao G91: tọa độ tương đối G40: hủy bỏ bù trừ dao G98: tốc độ cắt tính theo đơn vị/phút G83: chu trình khoan lỗ sâu G99: tốc độ cắt tính theo đơn vị/vòng G84: taro G81: chu trình khoan mồi ™ Câu lệnh M: M00: tạm dừng chương trình M08: mở dung dịch tưới nguội M03: mở máy chiều kim đồng hồ M09: tắt dung dịch tưới nguội M05: dừng trục M30: kết thúc chương trình tự động M06: thay dao tự động trở đầu chương trình PHỤ LỤC 30 Các lệnh thường dùng lập trình tiện CNC ™ Mã G-Codes: G00: chạy nhanh không cắt phôi G42: bù trừ dao bên trái G01: chạy cắt theo đường thẳng G43: bù trừ chiều cao dao G02: chạy cắt theo đường tròn (cùng G40: hủy bỏ bù trừ dao chiều kim đồng hồ) G70: tiện tinh G03: chạy cắt theo đường tròn (ngược G71: tiện theo hướng kính chiều kim đồng hồ) G72: tiện mặt đầu G90: tọa độ tuyệt đối G75: chu trình cắt rãnh G91: tọa độ tương đối G76: chu trình tiện ren G20: hệ đơn vị đo inch G81: chu trình khoan mồi G21: hệ đơn vị đo mét G83: chu trình khoan mỗ sâu G28: trở điểm tham chiếu G84: taro G54-G59: cài đặt chuẩn lập trình G98: tốc độ cắt tính theo đơn vị/phút G41: bù trừ dao bên phải G99: tốc độ cắt tính theo đơn vị/vòng ™ Câu lệnh M: M00: tạm dừng chương trình M97: gọi chương trình M03: mở máy chiều kim đồng hồ chương trình M04: mở máy ngược chiều kim đồng hồ M98: gọi chương trình M05: dừng trục file khác M06: thay dao tự động M99: kết thúc chương trình M08: mở dung dịch tưới nguội M30: kết thúc chương trình tự động M09: tắt dung dịch tưới nguội trở đầu chương trình ... GIÓ TRÊN MÁY CNC Tác giả NGUYỄN QUANG MINH Khóa luận đề trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: TS DƯƠNG MINH TÂM GV LÊ QUANG HIỀN Tháng năm 2010 i LỜI... dựa tinh thần vững cho Cuối xin cảm ơn bạn lớp DH06TD giúp đỡ trình học tập thực đề tài Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Quang Minh ii TÓM TẮT Ngày nay, lượng gió dần trở thành... đề tài, tơi nhận hướng dẫn nhiệt tình hỗ trợ trang thiết bị thực đề tài từ thầy TS Dương Minh Tâm thầy Lê Quang Hiền Tôi xin gửi đến hai thầy lời cảm ơn chân thành Trong trình làm khơng phải lúc