Máy DOA.DOC

Máy DOA

Lời nói đầu

Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nớc nhà đang bớc vào thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những ngời chủ tơng lai của đất nớc những nhiệm vụ năng nề Đất nớc đang cần sức lực và trí tuệ cũng nh lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ s tơng lai.

Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những ngời kĩ s điện tơng lai phải đợc trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng.

Trong khuôn khổ chơng trình đào tạo kỹ s nghành tự động hoá - cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trớc khi ra trờng có điều kiện hệ thống hoá lại những kiến thức đã đợc trang bị ở trờng cũng nh có điều kiện tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội t duy độc lập nghiên cứu và thiết kế Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức cho sinh viên trớc khi ra trờng làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp này ra đời trong hoàn cảnh đó.

Thực tiễn trong các xí nghiệp công nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp, cải tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhợc điểm để cho ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao Khi đa vào sản xuất cho năng suất và chất lợng sản phẩm cao Dựa trên nền tảng đó bản đồ án thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho máy Bản đồ án gồm 5 phần:

F Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy F Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý

ẫ 4 ấ

F Phần III: Tính chọn thiết bị F Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh

F PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những tính toán logic và khoa học có tính thuyết phục cao Bản đồ án đợc trình bày một cách logic,gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từ những tài liệu có uy tín Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lợng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết Em mong nhận đợc sự góp xây dựng của các thầy cũng nh bè bạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn.

Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp đỡ, hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng nh sự góp ý xây dựng của các bạn bè đồng nghiệp Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Trần Xuân Minh công tác trong bộ môn tự động hoá của trờng Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này.

Tác giả thiết kế Sinh Viên

ẫ 5 ấ

PhÇn i

giíi thiÖu c«ng nghÖ cña m¸y

É 6 Ê

I.1 chức năng - công dụng của máy doaI- chức năng và công dụng của máy doa

Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Doa là một phơng pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã đợc khoan ,khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren Ngoài ra máy doa còn có thể đợc dung để phay.

Da là một phơng pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ ∇

6-∇9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1.

II- phân loại máy doa

Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại Trên truyền động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia công thô ( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi doa.

Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau

Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau.

- Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra : + Máy khoan , khoét

+ Máy doa

- Phân loại theo chuyển động :

+Doa đứng: dao quay theo phơng thẳng đứng +Doa ngang: dao quay theo phơng nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện :

+Loại đơn giản: thờng dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện.

+Loại trung bình thờng dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhng là hệ thống hở.

ẫ 7 ấ

+Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chơng trình Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao.

- Nếu phân loại theo trọng lợng của máy ,ta có: +Loại nhỏ : trọng lợng của máy nhỏ hơn 10 tấn +Loại trung bình :trọng lợng của máy từ 10 - 100 tấn +Loại lớn: trọng lợng máy lớn hơn 100 tấn.

I.2 giới thiệu máy doa 2620B I-Giới thiệu máy

1/ Chức năng của máy

Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi vì nó là loại máy doa vạn năng Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công đợc nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau:

- Nguyên công doa: thờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao.

- Nguyên công tiện: khi nắp lỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao đợc truyền từ trục chính.

-Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thờng nặng nề nhất.

- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngoài.

2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa

a, Truyền động chính

Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá dao, truyền động này đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ ∆∆-YY

ẫ 8 ấ

Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng cha ăn khớp động cơ đợc đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phơng pháp thay đổi tốc độ

- Chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang -Chuyển động sang trái.

-Chuyển động sang phải

Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển động này đợc truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các thông số chất lợng rất cao.

Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so vớithân máy Động cơ trục chính đợc gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển đ-ợc thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao

c, ụ trục phụ

ẫ 9 ấ

Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao.

d, Bàn máy

Đợc bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.

4/ Các chế độ vận hành của máy

a, Máy doa ngang 2620B có các chế độ vận hành sau:

+Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động.

+ Trong quá trình vận hành có thể thc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phơng pháp giảm từ thông động cơ Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng + Tốc độ quay của trục chính :12,5- 2000 V/p + Mô men cực đại trên trục chính :308 KN.m + Tốc độ quay của mâm cặp: 80-200 V/p + Phạm vi ăn dao của bàn : 1,4 - 1110 mm/p + Pham vi ăn dao của ụ : 1,4 - 1170 mm/p

+ Phạm vi ăn dao của mâm cặp : 9,8 - 700 mm/p + Phạm vi ăn dao của trục chính : 2,2 - 1760 mm/p + Lực ăn dao cực đại của trục chính : 1500 KN

+ Lực ăn dao cực đại của ụ : 2000 KN + Lực ăn dao cực đại của bàn máy : 2000 KN + Kích thớc lỗ doa lớn nhất khi gia công :

- Bằng trục chính :320 mm

ẫ 10 ấ

- Bằng mâm cặp :600 mm

+ Kích thớc lớn nhất khi tiện mặt đầu :550 mm + Trọng lợng lớn nhất của chi tiết gia công :200 Kg

+ Động cơ truyền động ăn dao là động cơ một chiều kích từ độc lập.

II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B

Trong máy doa ngang 2620B truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao ở truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng nh sau:

1, Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620B có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh đợc đặc trng bởi hệ số:

Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh doa lỗ có đờng kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất lợng gia công bề mặt có độ bóng từ ∇6- ∇9 thì tốc độ phải đợc điều chỉnh vô cấp.

4,Độ ổn định tốc độ khi làm việc

Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ 0 ữ Mmax thì yêu

Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất.

Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này đợc xác định bởi lực ăn dao, bao gồm : lực kéo Fx ,tổn hao ma sát trên gờ trợt của máy.

Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi chiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thờng dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát trên gờ trợt ảnh hởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và đợc biểu diễn nh hình vẽ sau :

ẫ 12 ấ

5,Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải

Trong quá trình làm việc thờng xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động - Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải.

-Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngán thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này.

∗Các biện pháp han chế phụ tải:

+ Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao.

+ Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phơng pháp sử dụng khâu phản hồi âm

Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo chất lợng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và ngời vận hành.

Các biện pháp nâng cao chất lợng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )

- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

7, Yêu cầu về đảo chiều

Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng.

8, Yêu cầu về kinh tế

+ Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa.

+Vốn đầu t mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý.

+Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật.

ẫ 14 ấ

phần ii

thiết kế sơ đồ nguyên lý

ẫ 15 ấ

2 1 giới thiệu chungI- Khái niệm chung

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản suất ngày càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao

Do bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng nhiều thiết bị nh hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van Chúng đợc điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những u, nhợc điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có đợc những hệ thống truyền động có chất lợng khác nhau Do đó để có đợc một phơng án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế.

II- Nội dung chọn ph ơng án

Trong thực tế, khi đứng trớc một vấn đề sẽ có nhiều phơng án giải quyết Tuy nhiên mỗi phơng án có những u, nhợc điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn ra đợc phơng án tốt nhất.

Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng nh điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao.

Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công nghệ của máy từ đó đa ra những phơng án đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ này Để chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lợng của hệ thống Do đó việc chọn lựa phơng án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ).

ẫ 16 ấ

ý nghĩa của việc lựa chọn ph ơng án

Việc so sánh lựa chọn đợc phơng án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó đợc thể hiện qua các mặt:

+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ của máy sản suất + Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài.

+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động.

+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua.

I- Các ph ơng án đ a ra

Để có dợc phơng án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B, ở đây em đa ra một số phơng án mà đáp ứng đợc các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền

Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy các hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn đợc chỉ tiêu này Do vậy ta loại hai phơng án này và đa ra ba phơng án sau:

+ Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ + Hệ thống van - động cơ.

ẫ 17 ấ

+ FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ

+ CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại.

+ KĐ: là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyêch đai tín hiệu điều khiển UĐK

+U đ :là điện áp đặt

2, Hoạt động của hệ thống

Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ ω= const , khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ , thông qua mạch khuyếch đại, cuộn dây CKF đợc cấp điện, ∋MY đợc kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho động cơ →

động cơ quay

Do đặc điểm của ∋MY là có cuộn dọc, cuộn ngang ; cuộn ngang đợc nối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn Do vậy hệ thống có hệ số khuyếch đại rất lớn.

- Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm cho tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức Uđk =Uđ - ϒn ta thấy khi n giảm thì Uđk tăng qua mạch khuyếch đại ICKF tăng và Ud tăng → tốc độ động cơ tăng về trị

+Việc điều chỉnh đều đợc thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho tự động hoá , nâng cao chất lợng hệ thống.

b, Nhợc điểm

+ có nhiều thiết bị quay ,gây ồn.

+ Hiệu suất sử dụng điện năng thấp η = ηĐ/Cη∋ηđ = 0,3 - 0,5 +Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt.

+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến năng lợng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất.

+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển , thực hiện chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng điện một chiều cung cấp cho động cơ

+ Uđ tín hiệu điện áp đặt.

+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ +TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu

+ FX là mạch phát xung.

ẫ 21 ấ

0

Giả sử ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới với điện áp thích hợp, lúc này động cơ vẫn cha làm việc Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt Uđ ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các xung đa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang đợc đặt điện áp thuận , van sẽ mở với góc mở α Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ

→ động cơ quay với tốc độ ứng với Uđ ban đầu.

Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn

khi n giảm → UĐK tăng → α giảm → Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngợc lại Đây là nguyên

4, Đánh giá chất l ợng hệ thống

a, Ưu điểm:

+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao.

+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt + Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lợng hệ thống.

b, Nh ợc điểm

+ Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp.

+Sức điện động của bộ biến đổicó dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhợc điểm này

b,Các phần tử của hệ thống

+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất ckđ là cuộn kích từ của động cơ.

+ MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngợc đặt nên van đẻ khoá van.

+ T :tiristo chức năng nh một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn một chiều + FT : là máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.

+Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo.

+KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp Uđk để đa vào mạch FX.

+FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung khoá cho mạch cho mạch khoá van MK.

+ DO: là van diốt.

2, Hoạt động của hệ thống

Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo Uđ ( khi hệ thống đã đợc đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có: Uđk = Uđ - ϒn

Tuy nhiên ban đầu n = 0 → Uđk = Uđ , tín hiệu này qua mạch KĐ đợc đa tới mạch FX sẽ pháp ra xng mở đa tới chân điều khiển của van T và ở đầu ra có

Sức điện động này đợc đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ t-ơng ứng với điện áp đặt ban đầu Khi muốn thay đổi tốc độ động

cơ ta thay đổi Uđ

Trong quá trình làm việc giả sử

nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có:

ẫ 25 ấ

0

-n0max

4, Đánh giá chất l ợng hệ thống

a,Ưu điểm

+ Hệ thống này đợc dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất ằ công suất

của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua Rb và đặc tính cơ có độ cứng cao.

+ Hệ thống này dùng ít van động lực +Dễ tự động hoá.

b, Nh ợc điểm

+ Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều + Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ.

+Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn.

V- Chọn ph ơng án truyền động

Trong cả ba phơng án đa ra đều đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa Tuy nhiên, phơng án I với những nhợc điểm căn bản là:

+ Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay + Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt.

ẫ 27 ấ

+ Hiệu suất thấp → chi phí vận hành lớn.

Vì những lý do đó ta loại phơng án này Vấn đề là lựa chọn một trong hai phơng án còn lại.

Trong hai phơng án còn lại ta thấy rằng phơng án III đòi hỏi phải có nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí nào cũng có đợc Trong trờng hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo ra nó từ nguồn xoay chiều , khi đó phơng án III trở nên phức tạp hơn phơng án II.

Mặt khác đối với truyền động ăn dao của máy doa đòi hỏi phạm vi điều chỉnh rất lớn

( D= 2000:1) Nh vậy nếu sử dụng phơng án III ở vùng tốc độ thấp hệ thống rất dễ rơi vào làm việc ở chế độ dòng gián đoạn mà muốn khác phục điều này cần phải có cuộn kháng với LK rất lớn.

Từ những phân tích nh vậy ta thấy rằng phơng án II có tính u việt hơn cả Ta chọn phơng án II làm phơng án truyền động cho truyền động ăn dao của

Mạch động lực là phần tử trực tiếp thực hiện các quá trình năng lợng theo yêu cầu công nghệ đặt ra Mạch điều khiển có chức năng diều khiển mạch động lực thực hiện các quá trình công nghệ Nh vậy khi thiết kế sơ đồ nguyên

Có nhiều sơ đồ chỉnh lu đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ Tuy nhiên ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lợng khác nhau, giá thành khác nhau Vấn đề đặt ra là lựa chọn cho phù hợp.

- Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lợng điện áp ra kém, nhất là khi góc mở α lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó đòi hỏi góc mở α

dao động rộng và nh vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng đợc (khi góc α có nguy cơ hệ thống làm việc ở chế độ dòng gián đoạn ).

- Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha Sơ đồ cầu ba pha tuy có chất lợng điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành cao và mạch diều khiển cũng phức tạp hơn Sơ đồ tia ba pha có chất lợng điện áp ra kém hơn ( điều này có thể khắc phục bằng các cuộn kháng ) song nó hoàn toàn đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ Vì những lý do này ta chọn sơ đồ tia ba pha.

2, Lựa chọn ph ơng án đảo chiều

Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hớng là đảo chiều dòng kích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

a, Đảo chiều dòng kích từ

Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từ thì ta phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ có

Khi φ = 0 ( R rất nhỏ ) thì I tăng rất lớn có nguy cơ phá hỏng động cơ nh vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (đảm bảo an toàn ) thì thời gian đảo chiều lớn làm giảm năng suất của hệ thống.

Mặt khác, ở phơng pháp này hệ thống có họ đặc tính cơ sấu hơn so vớ phơng pháp đảo chiều điện áp phần ứng

b, Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Phơng pháp này có thể dùng:

+ Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ.

ẫ 29 ấ

+ Dùng hai bộ chỉnh lu đấu song song ngợc hoặc đấu chéo.

Khi dùng cầu tiếp điểm thì kém bền vì hệ thống của ta khi làm việc th-ờng xuyên đảo chiều, mỗi lần đảo chiều dòng hồ quang một chiều sẽ làm mòn tiếp điểm Mặt khác, khi đó vùng hãm tái sinh nhỏ, vùng hãm ngợc lớn gây giật Dòng điện này có giá rị rất lớn.

- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp.

- Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngợc sẽ đảm bảo khắc phục hết những nh-ợc điểm của các phơng pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi đảo chiều nhanh nên phơng án này là phù hợp hơn cả.

3, Lựa chọn ph ơng án điều khiển hai bộ chỉnh l u

Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngợc có hai phơng pháp:

+ Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng ) + Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung ).

a,Điều khiển độc lập

ở phơng pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau Khi phát cho bộ biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngợc không đợc phát xung sẽ khoá lại và ngợc lại Phơng pháp này có u điểm là không phát sinh dòng cân bằng song nhợc điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn vì để đảm bảo cho sơ đồ làm việc an toàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến đổi làm việc ở giai đoạn trớc phục hồi lại tính chất điều khiển và nh vậy làm giảm độ tác động nhanh của hệ thống.

Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm thời gian ngừng dòng xuống cực thiểu nhờ những mạch kiểm tra tác động nhanh.

ẫ 30 ấ

b, Điều khiển chung

Trong phơng pháp này lại gồm có: +Điều khiển phối hợp tuyến tính + Điều khiển phối hợp phi tuyến.

∗ Phơng pháp điều khiển phối hợp tuyến tính: ở phơng pháp này ngời ta đồng thời phát xung đến mở cho cả hai BBĐ , với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800 Khi hệ thống làm việc luôn tồn tại một BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lu (

α < 900 ) và một BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lu (α > 900 )

* Phơng pháp này có u điểm: là đảo chiều nhanh, quan hệ giữa điện áp trung bình ra và Uđk là đơn trị Song nhợc điểm của nó là: làm phát sinh dòng cân bằng gây tổn thất trong BBĐ dẫn đến phải tăng công suất tính toán của các phần tử Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách mắc thêm các cuộn kháng cân bằng.

∗ Phơng pháp điều khiển phối hợp phi tuyến: ở phơng pháp này ngời ta cho hai BBĐ làm viện với quan hệ góc mở: α1 +α2 = 1800 +2θ

* Phơng pháp này có u điểm là giảm đợc dòng cân bằng Song nhợc điểm của nó là tạo ra một khoảng mà với cùng một góc điện áp điều khiển sẽ có hai giá trị điện áp ra khác nhau, thời gian ngừng dòng khi đảo chiều lớn làm sấu các chỉ tiêu chất lợng động khi tải có sức điện đông lớn và tải có điện cảm

Ban đầu đa hệ thống vào làm việc, ta đóng áptômát AB hệ thống đợc cấp nguồn Tuy nhiên lúc này động cơ cha làm việc.

ẫ 31 ấ

* * * * * *

A B C

Giả sử BBĐ1 ( gồm các van: T1 , T2, T3 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh l-u thì động cơ ql-uay thl-uận;BBĐ2 ( gồm các van : T4 , T5, T6 ) khi làm việc ở chế độ chỉnh lu thì động cơ quay ngợc Khi ta phát xung đến mở cho các van ở BBĐ1 với góc mở

α1 < 900 và BBĐ2 với góc mở α2 > 900 với quan hệ góc mở: α1 + α2 = 1800 Lúc này ở đầu ra của hai BBĐ có điện áp ra là: ud1 và ud2

Điện áp ud đặt nên phần ứng động cơ và động cơ sẽ quay thuận Ta có giản đồ điện áp ud, ud1, ud2, ucb, icb và dòng qua các van nh hình vẽ (trên hình vẽ

α1= 300 , α2 = 1500) Ta thấy rằng do tồn tại điện áp ucb mà sinh ra dòng điện icb và nh vậy dòng qua các van ngoài thành phần dòng Id qua động cơ còn dòng icb Dòng icb chỉ chạy quẩn giữa hai BBĐ , do điện trở thuận của các van nhỏ nên với một ucb nhỏ cũng sinh ra dòng icb có biên độ lớn có nguy cơ phá hỏng các van, vì vậy phải có biện pháp hạn chế dòng icb này Trong sơ đồ sử dụng hai

Nh ta biết rằng cuộn kháng có Rk nhỏ Lk lớn và dòng cân bằng là dòng đập mạch Nh vậy cuộn kháng dễ dàng cho thành phần dòng một chiều Id đi qua và cản hiệu quả dòng đập mạch icb

Cuộn kháng CK có nhiệm vụ san phẳng dòng điện tải Id

II- Thiết kế mạch điều khiển 1, Giới thiệu chung

Nh ta đã biết, để cho các van của hai bộ chỉnh lu mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có các mạch điện phát ra các xung điều khiển đa đến mở các tiristo tại các thời điểm yêu cầu Xung điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu nh: biên độ , công suất và thời gian tồn tại để mở chắc chắn các van với mọi loại tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc thông thờng đối với các bộ chỉnh lu thì độ rộng xung nằm trong khoảng từ (200 - 600 ) às là đảm bảo mở chắc cắn các tiristo mạch điện phát ra các xung nh vậy gọi là mạch điều khiển.

Hiện nay các hệ thống phát xung điều khiển đợc chia làm hai nhóm:

+ Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ: là nhóm mà các hệ thống điều khiển đa ra các xung suất hiện trên cực điều khiển của các tiristo đúng thời điểm cần mở và lặp đi lặp lại với chu kì thờng bằng chu kì nguồn xoay chiều cấp cho bộ chỉnh lu ( ngoài ra trong một số trờng hợp chu kì xung có thể bằng 1/2 chu kì

Nhóm hệ thống này đợc sử dụng rất phổ biến.

+ Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: nhóm này tạo ra các chuỗi xung ddieef khiển với tần số thờng cao hơn nhiều tần số nuồn cung cấp và trong quá trình làm việc tần số xung đợc tự động thay đổi để đảm bảo một lợng ra nào đó (Ud , Id ) không thay đổi Để đạt đợc điều này thì tần số xung phải đợc khống chế theo sai lệch giữ tín hiệu đặt và tín hiệu ra của đại lợng cần ổn định Các hệ thống điều khiển theo nguyên tắc này khá phức tạp nên ít đợc dùng, ở đây ta chỉ nghiên cứu hệ thống thứ nhất.

2, Thiết kế mạch phát xung

A, Lựa chọn phơng pháp phát xung

Các hệ thống điều khiển đồng bộ hiện nay thờng sử dụng ba phơng pháp phát xung chính là:

+ Phát xung điều khiển theo pha đứng + Phát xung điều khiển theo pha ngang.

+ Phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc.

a, Phơng pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng

Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng ca thay đổi theo chu kì điện áp lới và có thời điểm suất hiện phù hợp góc pha của lới với điện áp điều khiển một chiều thay đổi đợc Hệ thống này có nhợc điểm là khá phức tạp, song nó có những u điểm nổi bật nh: khoảng điều chỉnh góc mở α rộng , ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá, mỗi chu kì của điện áp anốt của tiristo chỉ có một xung đợc đa đến mở nên giảm tổn thất trong mạch điều khiển Do đó hệ thống này đợc sử dung rộng rãi.

b, Phơng pháp phát xung điều khiển sử dụng diốt hai cực gốc ( UJT )

Phơng pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng ca xuất hiện theo chu kì nguồn xoay chiều với điện áp mở của UJT Phơng pháp này mặc dù đơn giản nhng có nhợc điểm là góc mở α có phạm vi điều

chỉnh hẹp vì ngỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi Mặt khác, trong một chu kì điện áp lới mạch thờng đa ra nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển.

c, Phơng pháp phát xung điều khiển theo pha ngang

ở phơng pháp này ngời ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và góc pha điều khiển đợc ( dùng các cầu R- C hoặc cầu R - L ) Thời điểm suất hiện xung trùng với góc pha đầu của điện áp điều khiển Phơng pháp này có nhợc điểm là: khoảng điều chỉnh góc mở α hẹp, rất nhạy với sự thay đổi của dang điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển do vậy thờng ít đợc sử dụng.

d, chọn phơng pháp điều khiển

Qua những phân tích ở trên ta thấy rằng với yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao của máy doa là khoảng điều chỉnh rất rộng, độ sụt tốc độ nhỏ nên phải sử dụng các phản hồi - tức là cần phải tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển Do vậy, phơng pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng là phù hợp hơn cả, ta chọn phơng pháp này.

B, Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng

Khối 1: khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và phát ra sóng điện áp hình răng ca để đa vào khối so

Khối 2: khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng ca với điện áp điều khiển uđk để phát ra tín hiêu xung điện áp đa tới mạch tạo xung.

Khối 3: khối tạo xung, có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển đa tới chân điều khiển của tiristo.

a, Mạch đồng bộ hoá

Để thực hiện chức năng đồng bộ hoá, ta có thể sử dụng mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm.Tuy nhiên, ph-ơng pháp này có nhợc điểm là khong cách ly đợc diện áp cao giữa mạch điều khiển với mạch động lực, do vậy phơng pháp này ít đợc dùng.

Phơng pháp phổ biến hiện nay là sử dụng máy biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp nối vào lới còn cuộn thứ cấp là điện áp đồng bộ Góc lệch pha giữa cuộn sơ và cuộn thứ đợc tính toán sao cho góc pha của uđb phù hợp với thời điểm mở tự nhiên của các tiristo.

Với sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha ta có thể dùng một máy biến áp đấu ∆

- YO để thực hiện chức năng này Sơ đồ đấu dây và đồ thị véctơ nh hình vẽ:

b, mạch phát sóng răng c a

Có rất nhiều sơ đồ có thể tạo ra sóng răng ca Tuy nhiên , để tạo ra đợc quan hệ góc mở : α2 + α2 = 1800 ta cần có dạng điện áp răng ca rất chính xác Ta nghiên cứu một số sơ đồ để tìm ra sơ đồ đáp ứng đợc yêu cầu này.

1b- Sơ đồ diốt - điện trở - tụ điện - tranrito

* sơ đồ mạch:

Nguyên lý hoạt động:

Giả thiết tại t = 0 điện áp trên tụ uc = 0 khi uđb bắt đầu chuyển sang dơng thì diốt D mở, tranrito khoá và tụ đợc nạp từ nguồn một chiều với quan hệ: uc = Ucc ( 1 - e-t/RC )

ở nửa chu kỳ sau , D khoá ,tranrito mở nhờ điện trở định thiên R1, R2 tụ C sẽ phóng điện qua R4, điện áp trên tụ trở về 0 và chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo - Giản đồ điện áp: nếu ta coi diện áp trên R4 và tranrito khi tụ phóng là nhỏ thì

Trong sơ đồ này có trang bị thêm: T2, D2, R4, R5 là mạch ổn định dòng để nạp cho tụ, điện áp giữa cực gốc với cực phát của Tr2 là:

ucb2 = u0 - ic2R4

Vì sụt áp phát - gốc trên Tr2 khi mở hầu nh không thay đổi khi dòng cực gốc thay đổi, nên ta coi : ueb2= A = const Vậy ta có:

Mặt khác ta lại có: iC2 ≈ ie2 nên dòng cực góp Tr2 coi nh không đổi ở nửa chu kỳ dơng , D khoá, Tr1 mở và tụ C đợc nạp điện :

ở nửa chu kỳ âm, D khoá, Tr1 mở nhờ điện trở định thiên R1,R2 Tụ C phóng qua R2 và Tr1.Ta có giản đồ điện áp nh hình vẽ:

Nhận xét:

Sơ đồ ày cho dạng điện áp răng ca chính xác nhng do có điện trở bảo vệ R3 mà điện áp trên tụ không giảm xuống o(v) đợc Mặt khác , điện trở tải

*Nguyên lý hoạt động

- ở nửa chu kỳ dơng Tr khoá , điện áp âm qua R3,R4 dẫn tới đầu vào đảo của IC khiến điện áp ra của IC có giá trị dơng và tụ C đợc nạp bởi điện áp đầu ra này Dòng nạp cho tụ đợc xác định là: ic = iv - i1 nếu IC là lý tởng thì iv = 0

Nên Ic= const và điện áp trên tụ tuyến tính

- ở nửa chu kỳ âm, D khoá Tr mở nhờ cặp điện trở định thiên R1 ,R2; tụ C phóng điện qua Tr Điện áp trên tụ giảm về o.

Giản đồ điện áp nh hình vẽ:

Nhận xét :

Sơ đồ này có u điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác , dung lợng của tụ C cần rất nhỏ nên không cần điện trở bảo vệ Tr Mặt khác, do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên dạng điện áp ra hầu nh không phụ thuộc vào điện trở tải mắc ở đầu ra của IC Điện áp ra có dạng gần lý tởng.

* Để nâng cao chất lợng làm việc của hệ thống ta sử dụng mạch nh ở sơ đồ

D, Khối so sánh

Việc so sánh với điện áp răng ca và điện áp điều khiển có thực hiện bằng Tranrito hay vi mạch điện tử Việc ghép nối các tín hiệu có thể là nối tiếp hay song song miễn là đảm bảo tín hiệu răng ca và tín hiệu điều khiển có tác dụng ngợc chiều nhau phơng pháp so sánh nối tiếp có u điểm là chính xác nh-ng khi tín hiệu rănh-ng ca có dạnh-ng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn Do đó ta chỉ nghiên cứu phơng pháp so sánh song song

a, Sơ đồ so sánh song song dùng Tranrito

- Khi urc < u®k ®Çu ra Ic cã gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ©m, dièt D th«ng vµ ur = 0 -Khi urc > u®k ®Çu ra IC cã ®iÖn ¸p d¬ng , D kho¸ vµ ®Çu ra cã urmax.