Tài liệu do an tot nghiep chuyen nganh tu dong hoa: thiet ke he thong trang bi dien tu dong hoa cho may bao giuong docx

Lời nói đầu

Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá trong các lĩnhvực sản suất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá tự động hoá các quá trìnhsản suất đóng một vai trò hết sức quan trọng Nó cho phép tăng năng suất laođộng, nâng cao chất lợng kỹ thuật của quá trình sản xuất, giảm nhỏ cờng độlao động, nhằm tạo ra hiệu qủa kinh tế cao nhất.

Bớc vào cuối thế kỷ XX chúng ta đã chứng kiến đợc những sự thay đổilớn lao của nền văn minh nhân loại đem lại, đó là sự phát triển mạnh mẽ củacác hệ thống truyền động điện Ưu điểm nổi bật của việc sử dụng các linh kiệnbán dẫn là làm cho hệ thống trở lên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độchính xác cao Cho nên việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sảnxuất để đảm bảo chất lợng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm là mộtnhu cầu hết sức cần thiết.

Sau gần 5 năm học và nghiên cứu ở trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệpThái Nguyên, với sự giảng dạy của các thầy cô giáo cùng với sự giúp đỡ củabạn bè và để đánh giá đợc kết quả học tập của quá trình học tập Trớc khi ra tr-

ờng em đợc giao làm đề tài tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống trang bị điện - tựđộng hoá cho hệ thống truyền động chính máy bào giờng” Bản đồ án gồm

6 chơng:

Chơng 1: Giới thiệu công nghệ máy bào giờng

Chơng 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền độngChơng 3: Tính chọn thiết bị điện

Chơng 4: Khảo sát chất lợng tĩnh

Chơng 5: Xét ổn định, hiệu chỉnh hệ thốngChơng 6: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ thống

Với mục đích làm việc nghiêm túc, tinh thần học hỏi và những nỗ lựccao của bản thân, nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những tínhtoán logic, khoa học và có tính thuyết phục cao Bản đồ án đợc trình bày mộtcách logic, ngắn gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từnhững tài liệu đã đợc các thầy cô giáo ngành Tự Động Hoá XNCN giảng dạy.Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lợng kiếnthức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết

Em rất mong nhận đợc sự góp ý xây dựng của các thầy, cô cũng nh bèbạn để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn Trong quá trình làm đồ án em đã nhận đ-ợc 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 giáo VõQuang Vinh công tác trong bộ môn Tự động hoá của trờng

Lý tù trêng

Ch¬ng I

giíi thiÖu

c«ng nghÖ m¸y bµo giêng

1.1 Chức năng - Công dụng của máy bào giờng

Máy bào giờng là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, hiện nay ợc sử dụng rộng rãi trong các máy cơ khí, nó dùng để gia công các chi tiếtbằng kim loại lớn nh: Bệ máy, thân máy, máy bào, máy tiện v v Ngoài ra nócòn sử dụng để xẻ rãnh chữ T, V, Đuôi én có thể bào thô hoặc bào tinh Chiềudài bàn từ 1.5  12m.

đ-1.2 Phân loại máy bào giờng

+ Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào ờng thành 3 loại:

gi Máy cỡ nhỏ chiều dài bàn Lb < 3m lực kéo bàn Fk = 30-50 KN.- Máy cỡ trung chiều dài bàn Lb = 4 - 5m lực kéo bàn Fk = 50-70 KN.- Máy cỡ lớn chiều dài bàn Lb > 5m lực kéo bàn Fk > 70 KN + Dựa vào số trục phân ra.

- Máy bào một trụ: 7110, 7112, 7116.- Máy bào hai trụ: 7210, 7212, 7216.

1.3 Cấu tạo máy bào giờng:

Máy bào giờng có cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khácnhau ở đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và bộ phận chủ yếu của máy.

- Đế máy: Đợc làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trục máy, để có khối tạothế vững chắc có hai rãnh dẫn hớng chữ nhật và chữ V cho bàn máy chuyểnđộng dọc theo đế máy

- Bàn máy: Đợc làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công, trênbàn máy có 5 rãnh chữ T để gá lắp chi tiết.

- Giá chữ U: Đợc cấu tạo từ hai trụ thép đứng vững chắc một dầm ngangtrên cùng Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọctheo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động

- Xà ngang: Chuyển động lên xuống theo hai trục trên xà

- Các bàn dao máy: Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàncó giá đỡ dao Giá máy có thể quay đi một góc nào đó để gia công chi tiết khoảngdịch chuyển lớn nhất của các con trợt là 300 mm, góc quay giá đỡ là  600

1.4 số liệu kỹ thuật máy bào giờng 72121.4.1 Kích thớc chi tiết gia công:

Kích thớc máy: 7950 x 4000 x 3445 (mm)

Kích thớc cho phép của vật gia công: 3000 x 1000 x 900 (mm)

Trọng lợng cho phép lớn nhất của chi tiết gia công trên 1m ở chiều dàibàn là 1500 kg

Khoảng cách giữa hai trục đứng 1100 (mm)Khoảng cách mặt bàn và dầm ngang 1000 (mm)

1.4.2 Kích thớc bàn máy:

Diện tích hiệu dụng: 900 x 300 (mm)

Chiều dài lớn nhất của một hành chình bàn 3200 (mm) hành trình nhỏnhất là 700 (mm)

1.4.3 Chỉ tiêu cơ học:

Giới hạn các tốc độ làm việc của bàn:

Vùng 1: V= (40  60) m/phút dùng gia công thô.

Vùng 2: V= (60  90) m/phút dùng gia công với các tốc độ hành trìnhngợc chiều dài bàn.

Giới hạn ăn dao ngang sau mỗi hành trình kép (0,25  12,5) (mm).Lực kéo bàn

Vùng 1: Qmax= 7000 kg ; Qmin= 2500 kgVùng 2: Qmax= 4700 kg ; Qmin= 1700 kg

1.5 Những đặc điểm chủ yếu của các truyền động trênmáy bào giờng:

1.5.1 Truyền động chính :

Đặc điểm chính của truyền động máy bào giờng là đảo chiều với tần sốlớn, mô men khởi động, hãm lớn Quá trình quá độ chiếm tỉ lệ đáng kể trongchu kỳ làm việc Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 hành trình :

Do đặc tính đảo chiều liên tục nên đồ thị tốc độ và dòng điện có dạngnh sau:

Truyền động chính mang tính chất chu kỳ Quá trình cắt gọt chỉ xảy ra ởhành trình thuận còn hành trình ngợc là hành trình chạy không tải để đa bànmáy về vị trí ban đầu Đây là dạng đồ thị thờng gặp, trong thực tế còn có nhiềudạng khác đơn giản hoặc phức tạp hơn.

Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và tăng tốc độ đến tốc độV0 = 5  15 (m/phút) - tốc độ vào dao – trong khoảng thời gian t1.

+ Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắtvào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết).

+ Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định V0 cho đến hết thời gian t3.+ t4: Thời gian tăng tốc độ từ V0Vth (tốc độ cắt gọt).

+ t5: Bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết.+ t6: Bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V0.

+ t7: Bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là V0.+ t8: Dao đợc ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là V0.

+ t9: Đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngợc đến tốc độ Vng.+ t10: Bàn máy chạy theo hành trình ngợc với tốc độ Vng.

+ t11: Thời gian giảm tốc đến V0 để chuẩn bị đảo chiều.

+ t12: Bàn máy chạy ổn định ở vận tốc thấp V0 để chuẩn bị đảo chiều.+ t13: Đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện một chu kỳ khác.Nh vậy Tck = t1 + t2 + + t13 = tx

Từ đồ thị làm việc của bàn ta thấy rằng khoảng thời gian của bàn máytheo hành trình ngợc thì không thực hiên cắt gọt kim loại nên để đảm bảonăng suât máy ngời ta giảm nhỏ mức tối thiểu thời gian này bằng cách tăng tốcđộ hành trình ngợc 2  3 lần vng = k.vth.

Trong trờng hợp tăng k > 3, thì thời gian quá độ khởi động của động cơtăng quá lớn, giảm năng suât máy, để tăng năng suât máy ngời ta phải giảmnhỏ thời gian đảo chiều bằng cách đảm bảo gia tốc lớn nhất cho phép khi khởiđộng đảo chiều Một trong các biện pháp đó là phải xác định tỉ số truyền tối ucủa cơ cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc

Mi + Mc = ( JD.i2 + Jm)dwm / dt

Việc lựa chọn tỉ số tối u của máy bào giừơng khá quan trọng, thời gianquá độ phụ thuộc vào mô men quán tính, mô men này tỉ lệ với chiều dài bànmáy Tuy nhiên thời gian quá độ cũng không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạnchế bởi lực phát sinh trong hệ thống và thời gian qúa độ phải đủ lớn để dichuyển đầu dao.

1.5.2 Truyền động ăn dao:

Truyền động ăn dao cũng có tính chu kỳ đặc điểm nh sau: Mỗi truyềnđộng ăn dao (dao đứng hay dao hông) đều có chiều ăn dao và lợng ăn daoriêng cũng có thể làm việc độc lập tuỳ theo công nghệ

Mỗi truyền động hành trình kép của bàn thì truyền động ăn dao làm việcmột lần Thờng nó bắt đầu làm việc khi bàn đợc đổi chiều và dừng lại khi daocắt sắp đi vào chi tiết

Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao là: D = (100  200)/1 Lợng ăn dao cựcđại có thể đạt tới (80  100) mm / hành trình Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việcvới tần số lớn có thể đạt tới 1000 lần / giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cầnphải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyểnnhanh Bàn dao máy bào giờng có 2 dao đứng và 2 dao hông, 2 dao đứng đợcdẫn từ động cơ xoay chiều và hộp giảm tốc hệ thống trục vít đai ốc có thể dịchchuyển theo chiều ngang hoặc đứng, 2 dao hông đợc dẫn từ động cơ xoaychiều riêng riêng biệt ở chế độ riêng biệt đối với dao đứng.

1.5.3 Truyền động nâng hạ xà:

Máy bào giờng có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc Xàngang đợc dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảngcách giữa đầu ra và chi tiết gia công.

1.5.4 Truyền động kẹp nhả xà:

Là truyền động đợc định vị chặt xà trên hai trục của máy để gia công chitiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao, truyền động đợc thực hiện nhờđộng cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêutuỳ ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà nh trên.

1.5.5 Bơm dầu:

Khi đóng cho bộ biến đổi làm việc thì bơm dầu cũng làm việc lợng dầutrong máy bảo đảm thì rơle áp lực mới hoạt động làm kín mạch cho chuyển độngbàn, áp lực cần thiết 2,5at Hệ thống bơm dầu thực hiện từ động cơ xoay chiều

1.5.6 Quạt gió:

Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho truyền động bàncủa động cơ không đồng bộ vợt quá nhiệt độ cho phép.

1.6 yêu cầu trang bị điện cho truyền động chính:

Phụ tải của truyền động chính (truyền động bàn máy) đợc xác định bởilực kéo tổng Nó là tổng của 2 thành phần: lực cắt và lực ma sát.

+ Mct ,Mb Khối lợng của chi tiết,bàn (Kg)

ở chế độ không tải (hành trình ngợc) do thành phần lực cắt bằng khôngnên lực ma sát bằng :

Fms = .g (Mct + Mb) Lực kéo tổng : FK = Fms = .g (Mct +Mb)

Quá trình bào chi tiết ở máy bào giờng đợc tiến hành với công suất gầnnh không đổi, nghĩa là lực cắt lớn tơng ứng với tốc độ cắt nhỏ và lực cắt nhỏ sẽtơng ứng với tốc độ cắt lớn.

Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớnnhất của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc) và tốc độ nhỏ nhấtcủa bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận):

 max min

Hình 2

- Vùng I : FK = const.- Vùng II : PK = const.

+ Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5  6)/1 với mô men trêntrục động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ Vmin=(46) m/phút đếnVgh= (2025) m/phút, khi đó lực kéo không đổi.

+ Giảm từ thông động cơ trong phạm vi (45)/1 khi thay đổi tốc độ từVgh đến Vmax = (75  120) m/phút, khi đó công suất kéo gần nh không đổi Nh-ng sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất của máy, vìthời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn.Vì vậy trong thực tế để tăng năng suất ngời ta thờng mở rộng phạm vi điềuchỉnh điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ độngcơ trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng Trong trờng hợp này công suấtđộng cơ phải tăng lên k lần (k = Vmax/Vgh) Nhng nhợc điểm của hệ thống côngsuất đặt của động cơ tăng thì giá thành tăng không thỏa mãn đợc yêu cầu vềkinh tế.

Yêu cầu của truyền động bàn:

+ Yêu cầu điều chỉnh trơn   1 độ sụt tốc độ tơng đối cho phép khônglớn hơn 5%.

+ Quá trình quá độ khi khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đậptrong bộ truyền với tốc độ tác động cực đại.

+ Có điều chỉnh tự động đảm bảo, có hạn chế dòng và duy trì ở mức độcực đại cho phép khi khởi động cũng nh đảo chiều hãm Yêu cầu tác động linhhoạt chắc chắc chắn độ tin cậy cao

+ Động cơ một chiều dùng để truyền động có công suất P >= 70KW+ Phạm vi điều chỉnh: D = 40/1.

Đối với những máy bào giờng:

+ Cỡ nhỏ: Hệ thống truyền động chính thờng là động cơ không đồng khớp ly hợp; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập và hộp tốc độ.

bộ-+ Cỡ trung bình: Hệ thống truyền động là F-Đ (máy phát một động cơ điện một chiều).

chiều-+ Cỡ nặng: Hệ thống truyền động là F-Đ có bộ khuyếch đại trung gian;hoặc hệ chỉnh lu dùng Tiristor-động cơ một chiều.

Kết luận:

Qua phần giới thiệu, tìm hiểu chung ở trên ta thấy: Máy bào giờng cóquá trình công nghệ phức tạp, nhiều truyền động phụ yêu cầu hệ thống truyềnđộng bàn có độ chính xác cao, giảm thời gian quá độ nhỏ nhất để đảm bảonăng suất của máy đặc điểm của truyền động chính của máy bào giờng là đảochiều với tần số lớn, mô men khởi động, hãm êm, quá trình quá độ chiếm tỷ lệđáng kể trong chu kỳ làm việc, chiều dài hành trình càng giảm ảnh hởng đếnquá trình quá độ càng tăng Để đảm bảo năng suất của máy thì phải kéo dàihành trình cắt gọt ra bằng cách ghép nhiều chi tiết gia công ngắn lại.

Chơng IIthiết kế

sơ đồ nguyên lý hệ thống

2.1 Thiết kế mạch động lực2.1.1 Mục đích và ý nghĩa

2.1.1.1 Mục đích:

Khi thiết kế hệ thống truyền động điện, việc lựa chọn động cơ truyềnđộng một cách hợp lý là rất quan trọng, động cơ điện nhận điện năng từ lớihoặc nguồn cung cấp và biến điện năng thành cơ năng làm quay máy sản xuất.Động cơ điện có nhiều loại khác nhau : Động cơ điện một chiều kích từ độclập, kích từ nối tiếp, động cơ điện xoay chiều, động cơ không đồng bộ rô tolồng sóc và rô to dây quấn Căn cứ vào yêu cầu truyền động chính của máybào giờng ta sẽ phân tích lựa chọn động cơ điện phù hợp với trang bị điện cho

truyền động này: 2.1.1.2 ý nghĩa

Việc lựa chọn phơng án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng Nóliên quan đến chất lợng sản phẩm cũng nh ảnh hởng đến hiệu quả kinh tế củasản xuất Nếu nh lựa chọn đúng thì chúng ta có khả năng tăng năng làm việc,hạn chế đợc hành trình thừa, chất lợng sản phẩm sẽ tốt hơn do đó hiệu quảkinh tế sẽ cao hơn Kết quả sẽ hoàn toàn ngợc lại nếu ta lựa chọn không đúngvà nó còn gây ra tổn thất lớn.

2.1.2 Phân tích và lựa chọn động cơ truyền động2.1.2.1 Động cơ không đồng bộ:

Đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế, u điểm là cấu tạo đơn giản, đặc biệtlà loại rô to lồng sóc So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tincậy trực tiếp dùng điện lới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác nhợcđiểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơlồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn.

Phơng trình đặc tính cơ :

Trong đó :

Uf : là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta toR2, ,R1 : là điện trở roto và stato đã quy đổis : hệ số trợt của động cơ

o

trong đó: '

RRa 

Nếu trong khoảng 0  s < sth và nếu bỏ qua R1 ở các động cơ cỡ lớnR1 << Xnm ta có phơng trình dạng gần đúng :

Ta có :

Nh vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ có giá trị (-) gần nh không đổi và khá cứng

Với đoạn s > sth khi s > sth bỏ qua sth/s và phơng trình đặc tính cơ sẽ là:

SSMM 2 thth

 2

 

Trong đoạn này độ cứng  (+) và giá trị của nó biến đổi vì vậy ngời takhông làm việc trên đoạn này.

2.1.2.2 Động cơ một chiều :

Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy, có mômen lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn động cơ xoay chiều, nhng nhợc điểmlà giá thành đắt.

Động cơ điện một chiều gồm các loại kích từ song song, kích từ độc lậpvà kích từ nối tiếp.

Với động cơ một chiều kích từ độc lập:

Đặc điểm của động cơ 1 chiều kích từ độc lập là dòng điện kích từ độc lậpkhông phụ thuộc với dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ khôngphụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ Đểđảm bảo điều kiện trên ta có thể nối động cơ theo một trong hai cách sau:

+ Nếu nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và có điện ápkhông đổi thì mạch kích từ có thể mắc song song với mạch phần ứng khi đóđộng cơ thờng đợc gọi là kích từ song song.

+ Nếu nguồn một chiều có công suất không đủ lớn hoặc cần phải thayđổi điện áp phần ứng, thay đổi dòng điện kích từ thì mạch phần ứng và mạchkích từ phải mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau nh sơ đồ sau và khiđó động cơ đợc gọi là kích từ độc lập.

Sơ đồ nguyên lý nh sau:

ssMM 

-UƯ

Phơng trình đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập là:

 

Trong đó : Tốc độ quay của phần ứng (Rad/s ) Uu: điện áp phần ứng (V )

Ru , Rf : điện trở phần ứng và điện trở phụ

K , : hệ số và từ thông của động cơ, M : mô men tảiVì cuộn kích từ là độc lập nên = const nên đặc tính của động cơ nàycó dạng nh sau:

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp:

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuận kích từ mắc nốitiếp với cuộn phần ứng Vì vậy cuận kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, sốvòng dây ít dễ chế tạo

Sơ đồ nguyên lý nh sau:

+

KUA  u 

Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy răng đặc tính cơ của động cơ có dạnghypecbol và rất mềm nh sau:

Tn (Rf = 0)0

Nh vậy ta thấy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đờng đặc tínhmềm và độ cứng thay đổi theo tải do đó thông qua tốc độ của động cơ có thểbiết đợc sự thay đổi của phụ tải, động cơ này có khả năng quá tải lớn về mômen, do cuận kích từ nối tiếp với phần ứng lớn hơn định mức nên mô mentăng nhanh hơn độ tăng của dòng điện, nh vậy mức độ quá dòng nh nhau thìđộng cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mô men và khả năng khởi độngtốt hơn động cơ điện một chiều kích từ độc lập Tuy vậy nó có nhợc điểm làkhi điều chỉnh dới tốc độ cơ bản ở vùng mô men định mức thì công suất độngcơ này phải chọn lớn hơn trong trờng hợp kích từ độc lập khi làm việc ở chế độtốc độ cực đại Mặt khác loại động cơ này do đặc tính cơ mềm là đờng congnên khó ổn định tốc độ.

Kết luận:

+ Do yêu cầu công nghệ của máy bào giờng:+ Có yêu cầu điều chỉnh tốc độ

+ Dải điều chỉnh rộng.

+ Điều chỉnh thuận lợi trơn, vô cấp.

+ Độ sụt tốc độ trên toàn dải điều chỉnh nhỏ.+ Sai lệch tĩnh nhỏ.

khi giảm từ thông

Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thông củađộng cơ một chiều KTĐL

Nguyên lý điều chỉnh :

Thực hiện điều chỉnh bằng Rk ở mạch kích từ :U = Uđm , R = const,  = var

 0 =

Khi  giảm suy ra  tăng  =

.Iđm Khi  giảm suy ra  tăng đặc tính cơ có dạng nhhình vẽ.

Công suất : P = U I = const Mô men : M = Ce  I = var - Đánh giá chất lợng:

+ Phơng pháp thay đổi từ thông điều chỉnh đợc tốc độ lớn hơn tốc độ cơbản, lúc đó đặc tính cơ dốc hơn do đó dải điều chỉnh D hẹp hơn và sai lệch tĩnhst tăng lên Nếu cấu tạo Rk tốt thì có thể điều chỉnh vô cấp.

+ Phơng pháp này điều chỉnh đơn giản hơn tốn ít năng lợng điều chỉnh ơng đối bằng phẳng Nhng do điều chỉnh tăng tốc độ nên chỉ phù hợp với tải cóMC tỷ lệ nghịch với tốc độ.

t-2.1.3.2 Phơng án thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

Từ phơng trình đặc tính cơ :

Ta thấy khi U = const thì tốc độ  chỉ phụ thuộc vào R. Nh vậy ngời tacó thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Sơ đồnguyên lý và dạng đặc tính cơ nh hình vẽ:

Ta có : R = var

 0 = constK

Công suất : P = U I = constMô men : M = Ce  I = const

Khi R tăng,  tăng do đó độ cứng đặc tính cơ  giảm (dạng đặc tínhnh hình vẽ).

TN (Rf = 0)Rf1Rf3Rf2

- Đánh giá chất lợng:

+ Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc trị số và tính chất tải

+ Khi đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng, R càng lớn thì đặc tínhcơ càng mềm do đó sai lệch tĩnh càng lớn Đặc biệt là khi điều chỉnh sâu, độchính xác và việc duy trì tốc độ rất kém, do đó khả năng chịu quá tải kém.

+ Do điều chỉnh dòng điện tiếp xúc trên R nên rất khó điều chỉnh bằngphẳng vô cấp và gây tổn hao công suất khi điều chỉnh.

+ Ưu điểm của phơng pháp này là thực hiện đơn giản dễ dàng, ít thiết bịdo đó giá thành rẻ.

2.1.3.3 Phơng pháp thay đổi điện áp:

- Nguyên lý điều chỉnh :

Điện áp đầu ra của bộ biển đổi Eb đợc thay đổi bằng cách thay đổi Uđk

đặt vào bộ biến đổi Bộ biển đổi có nhiệm vụ biển đổi điện áp xoay chiềuthành điện áp một chiều phù hợp với cấp điện áp động cơ đã chọn

thay đổi Còn  = Mconst

Công suất : P = U I = varMô men : M = Ce  I = const

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của hệ thống nh hình vẽ sau :

- Đánh giá chất lợng hệ thống:

+ Phơng pháp thay đổi điện áp cho ta những đờng đặc tính cơ nằm dớiđặc tính cơ tự nhiên Đó là những đờng thẳng song song có độ cứng  khôngđổi

+ Phơng pháp này cho ta phạm vi điều chỉnh rộng, điều chỉnh vô cấp vìđợc điều khiển trên các phần tử có công suất nhỏ

+ Phơng pháp này dễ tạo ra các bộ biến đổi có chất lợng cao phù hợp vớiloại tải có M = cosnt Do vậy phơng pháp này dễ dàng cho việc tự động hoá vàcó u thế trong việc thiết kế các hệ thống truyền động có chất lợng cao, ổn địnhtốc độ ở mọi dải điều chỉnh.

* Nhận xét:

- Để phù hợp với yêu cầu truyền động chính (truyền động bàn máy) máybào giờng ta nhận thấy phơng pháp thay đổi điện trở phụ Rf và thay đổi từ thôngđều không phù hợp, cả hai phơng pháp này đều làm giảm độ cứng của đặc tínhcơ, khó điều chỉnh vô cấp, dải điều chỉnh hẹp khó tự động hoá Mặc dù bêncạnh đó cũng có những u điểm nhất định

- Phơng pháp điều áp tạo ra những đờng đặc tính song song dải điềuchỉnh rộng điều chỉnh bằng phẳng vô cấp, dễ dàng cho việc tự động hoá nângcao chất lợng của hệ thống Vì vậy để lựa chọn phơng án cho truyền độngchính ta dùng phơng pháp điều áp là hoàn toàn phù hợp

ĐI +

l

2.1.4 chọn hệ truyền động:

Theo phơng pháp điều chỉnh tốc độ đã chọn ở trên ta cần phải có điện ápmột chiều, điều chỉnh đợc, đảo chiều đợc, mà ở đây ta chỉ có điện áp xoaychiều vì vậy ta chỉ có thể dùng các bộ biến đổi để bến đổi điện áp xoay chiềuthành điện áp một chiều Sau đây ta lần lợt xét các bộ biến đổi với các ukhuyết điểm của nó.

2.1.4.1 Hệ thống máy phát động cơ ( F- Đ):

Sơ đồ nguyên lý:

- Phơng trình đặc tính cơ của hệ F – Đ:

)( 

 

- Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giảm điện áp đặt vàophần ứng động cơ ( Uđ giảm) trờng hợp này tốc độ  thay đổi còn độ cứng đặctính cơ giữ nguyên các đặc tính cơ song song với nhau Thực hiện điều đó nhờđiều chỉnh tăng điện trở RKF ở mạch kích từ máy phát Dạng đặc tính nh hình vẽ

0

Khi điều chỉnh bằng cách giảm điện áp máy phát ra, thực tế hệ F–Đkhông cho đợc những tốc độ quá thấp lý do là muốn có tốc độ nhỏ thì điện ápđặt vào động cơ phải nhỏ nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từ máyphát Fphải nhỏ về nguyên tắc tăng RKF thì dòng điện kích từ sẽ nhỏ nhng từtrờng F không thể yếu hơn từ trờng d của máy phát đợc ngay cả khi IKT = 0thì suất điện động do từ d của máy phát tạo ra cũng khoảng (3-> 6) % trị sốsuất điện động định mức do vậy giới hạn dới min của tốc độ hệ F–Đ bị hạnchế vì thế phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng độngcơ không quá D = đm/min = 30 : 1

Khi động cơ đảo chiều quay, các đờng đặc tính cơ của động cơ sẽ nằmtrong góc phần t thứ III Việc đảo chiều quay động cơ Đ trong hệ F–Đ đợcthực hiện nhờ việc đảo chiều điện áp của máy phát đặt vào phần ứng của độngcơ Đ thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát.

Nhận xét:

+ Phạm vi điều chỉnh tăng lên (cỡ 30:1)

+ Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh

+ Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ+ Hệ điều chỉnh đơn giản

+ Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn+ Có thể thực hiện hãm điện từ

- Nhợc điểm:

+ Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (không quá 75%),cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn

+ Công suất đặt máy lớn+ Vốn đầu t ban đầu cao

+ Điều chỉnh tốc độ sâu bị hạn chế.

2.1.4.2 Hệ thống T- Đ (van động cơ)

Đây là hệ thống truyền động tiristor - động cơ có đảo chiều quay và taxét sơ đồ điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Ta có sơ đồhệ thống nh sau:

_+

Trên sơ đồ CL1 và CL2 là hai bộ chỉnh lu có điều khiển bộ CL1 (khi quaythuận) và CL2 (khi quay ngợc) Hệ thống T- Đ có khả năng điều chỉnh trơn1 với phạm vi điều chỉnh rộng D ~ 102  103 Hệ hoạt động có độ tincậy cao, quán tính nhỏ hiệu suất lớn không gây ồn

* Đặc tính của hệ T- Đ:

Trong hệ T- Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu tiristor.Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng của động cơ Nên ta cóphơng trình đặc tính cơ cho hệ thống T- Đ ở chế độ dòng liên tục là:

  

Độ cứng của đặc tính cơ là

RK )2

( 

Họ đặc tính cơ của hệ thống này khi điều khiển bằng điện áp nh hình vẽsau:

- Các đặc tính cơ của hệ thống truyền động T- Đ mềm hơn các đặc tínhcơ của hệ thống F- Đ vì có sụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các tiristor.

– Góc mở  càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ Khiđó đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mô men cản Mc nào đó, tốc độ động cơgiảm.

Lý thuyết và thực nghiệm chứng minh khi phụ tải nhỏ thì các đặc tínhcơ có độ dốc lớn Đó là vùng dòng điện gián đoạn Góc  càng lớn thì vùng

dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khănhơn, vùng dòng điện gián đoạn có dạng elip

+ Dải điều chỉnh rộng.

* Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động van :

Trong hệ thống chỉnh lu sử dụng (T-Đ) có rất nhiều sơ đồ chỉnh lu khácnhau nh: cầu 1 pha, tia 3 pha, cầu 3 pha và để ổn định chất lợng tĩnh cũng nhđộng của hệ trong hệ truyền động này ngời ta thờng lấy các tín hiệu phản hồimềm nh: phản hồi dơng, phản hồi âm Từ đó ta có sơ đồ tổng quát chung củahệ nh sau:

+ Khối 1: Là động cơ một chiều kich từ độc lập (hay cơ cấu chấp hành ) + Khối 2: Là khâu phản hồi gồm các tín hiệu phản hồi nh phản hồi âmdòng có ngắt, phản hồi âm tốc độ

+ Khối 3: Là khâu tổng hợp và khuếch đại trung gian làm nhiệm vụ tổnghợp tín hiệu chủ đạo (ucđ) và các tín hiệu phản hồi

+ Khối 4: Là khâu tạo xung điều khiển các Tiristor.

+ Khối 5: Bộ biến điện áp xoay chiều thành một chiều cung cấp chođộng cơ điện Ucđ là điện áp một chiều sau khi chỉnh lu với hệ thống này ta cóthể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ một cách dễ dàng bằng cách thay đổi Uđk thìđiện áp trung bình của BBĐ cũng thay đổi theo nhờ sự thay đổi của góc mở của các van.

* Nguyên lý làm việc:

Giả sử trong sơ đồ trên việc điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng phơng pháp

thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ và trong hệ thống chỉ có phản hồiâm tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt Khâu TH-KĐ chỉ sử dụng các vimạch, tín hiệu vào khâu này gồm có tín hiệu chủ đạo Ucđ, tín hiệu phản hồi âmtốc độ n, tín hiệu âm dòng có ngắt I.1(I) Khi đó điện áp vào sẽ là :

Uv = Ucđ - n - I.1(I).

Tín hiệu này đợc đa vào bộ khuếch đại trung gian khuếch đại lên và đavào khối so sánh của khối tạo xung điều khiển để phát xung điều khiển cácTiristor

TH & KĐ

ĐNguồn xoay chiều

34

Khối tạo xung điều khiển gồm các kênh điều khiển hoàn toàn giốngnhau,mỗi kênh điều khiển một Tiristor Tín hiệu điều khiển Uđk đợc đa vàokhối tạo xung và so sánh với điện áp răng ca của khối tạo xung, giao điểm củahai điện áp này sẽ xác định góc mở  của bộ chỉnh lu Khi thay đổi Uđk thì gócmở  thay đổi dẫn đến điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu thay đổi.

* Xây dựng phơng trình đặc tính cơ cho hệ truyền động van:

Để xây dựng đặc tính cơ, cũng nh phần trớc ta giả thiết hệ thống chỉ cóphản hồi âm dòng có ngắt và phản hồi âm tốc độ đồng thời quan hệ đầu ra làtuyến tính Từ đó ta có điện áp vào của bộ khuyếch đại Uv là:

Uv = Ucđ - n - I.1(I) (1) Ta có : I = I - Ingắt

+1(I) gọi là hàm bớc nhảy hay tín hiệu lấy mẫu.

Khi động cơ còn non tải thì dòng điện phần ứng còn nhỏ khi đó I < Ing

cho nên ta có thể coi 1(I) = 0.

Khi động cơ chịu chế độ tải nặng nề I - Ing >=0 khi đó I > 0 và 1(I) =1Vậy ta có

Từ sơ đồ khối của hệ thống ta có: Điện áp ra của bộ khuếch đại trunggian là điện áp điều khiển mạch phát xung.

Uđk = Ura= KKĐ .Uv (2) (KKĐ là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại)thì : Ud = KT .Uđk = KT KkĐ Uv (3)

(KT là hệ số khuếch đại của bộ BBĐ)- Mặt khác với mạch phần ứng động cơ ta có :

Rdn là điện trở của dây nối

+ Với sơ đồ hình tia : RBBD = Rs+ qLs/2; q = m (m là số pha) + Với sơ đồ hình cầu: RBBĐ = 2Rs + qLs/2 q = 2m

Với: EĐ = Ce n = n/KĐ (5) (Ta đặt KKĐ = K1, KT = K2, KĐ = K3)



Từ (1') ta có đặc tính cơ đợc chia làm hai đoạn :

+ Đoạn một chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ (1(I)=0) thay vào phơng trình(10) ta đợc phơng trình dặc tính cơ nh sau.

+ Đoạn hai có cả hai khâu phản hồi tham gia I - Ing > 0 hay (1(I)=1)và ta có.

*Nhận xét :

Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là có độ tác động nhanh cao, gọn nhẹ hơn, tĩnh không gây ồn, yêu cầu nền móng không phức tạp Do có sử dụng van bán dẫn có hệ số khuếch đại rất cao điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệthống.

Nhợc điểm của hệ thống là do các van có tính chất phi tyuến nên dạngđiện áp ra có dạng đập mạch rất cao gây tổn thất phụ trong máy điện, và hệthống truyền động công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lớixoay chiều, hệ số cos thấp

Kết luận:

Với u điểm và nhợc điểm của hai hệ thống T- Đ và F- Đ đã phân tích ởtrên thì ta thấy hệ T- Đ có u điểm vợt trội hơn so với hệ F- Đ nh kích thớc diệntích lắp đặt, gọn nhẹ hơn hệ F- Đ nhờ dùng các van có điều khiển mà hệ thốngcó hệ số khuếch đại lớn nên dễ dàng tự động hoá hệ thống này, độ tác động tincậy cao vì thế ta chọn hệ thống T- Đ làm cho hệ truyền động chính của máybào giờng.

Trong hệ truyền động van động cơ, BBĐ van làm nhiệm vụ biến đổinguồn xoay chiều thành 1 chiều cung cấp điện áp cho động cơ truyền động.Đặc điểm của hệ thống này là có BBĐ tĩnh trực tiếp từ xoay chiều thành mộtchiều không qua một khâu trung gian cơ học nào và bên cạnh chức năng biếnđổi năng lợng đó nó còn khả năng điều chỉnh sức điện động đầu ra của BBĐ

2.1.5: Thiết kế mạch động lực.

Do yêu cầu truyền động bàn của máy bào giờng là truyền động đảo chiềuvới tần số cao , mô men khởi động lớn quá trình quá độ chiếm đáng kể trongquá trình làm việc Để thoả mãn đợc yêu cầu đó ta có một số sơ đồ nh sau -Sơ đồ chỉnh lu kép cầu một pha.

-Sơ đồ chỉnh lu hình tia 3 pha mắc song ngợc -Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 3 pha mắc song ngợc.



2.1.5.1 Chọn sơ đồ chỉnh lu.

Để đáp ứng đựơc yêu cầu công nghệ của máy bào giờng là truyền độngđảo chiều với tần số cao, mô men khởi động lớn cho nên ta chỉ xét đến sơ đồhình tia và hình cầu 3 pha.

- Sơ đồ hình tia 3 pha có u điểm là đơn giản số van ít hơn hình cầu, chodòng qua van vừa phảI, có sụt áp và tổn thất công suất ít hơn hình cầu, tổn thấtdo trùng dẫn cũng ít hơn Nhng sơ đồ hình tia có dạng điện áp ra xấu hơn hìnhcầu công suất của bộ biến đổi nhỏ hơn hình cầu.

- Sơ đồ hình cầu có u điểm là dòng qua các van chỉnh lu nhỏ, ít bị quádòng, điện áp ra của sơ đồ bằng phẳng hơn các sơ đồ khác, cuộn kháng lọc nhỏhơn sơ đồ hình tia và hệ dùng đợc với công suất lớn Nhng sơ đồ hình cầu sốvan lớn hệ thống đảo chiều phức tạp giá thành cao.

- Qua so sánh các u nhợc điểm sơ đồ chỉnh lu của hình tia và hình cầu 3 phata chọn mạch động lực cho hệ truyền động chính máy bào giờng là sơ đồ hìnhcầu 3 pha vì quá trình quá độ chiếm đáng kể trong quá trình làm việc, dạngđiện áp, dòng chỉnh lu tốt hơn so với sơ đồ hình tia và hơn thế nữa hệ truyềnđộng chính của máy bào giờng là truyền động có công suất lớn ( > 40kW) chonên sơ đồ này mới đáp ứng đựơc yêu cầu công nghệ.

2.1.5.2 Chọn phơng pháp đảo chiều:

Do chỉnh lu tiristo dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc khi mở,còn khoá theo điện áp lới cho nên hệ truyền động van thực hiện đảo chiều khókhăn và phức tạp, cấu tạo mạch động lực và mạch điều khiển hệ T-Đ đảochiều yêu cầu an toàn cao và có Lôgic điều khiển chặt chẽ Để làm đợc điều đóta có hai phong pháp đảo chiều sau:

-Giữ nguyên dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ phơng phápđảo chiều này không thích hợp với máy bào giờng vì thời gian đảo chiều lâu,thời gian quá độ lớn, khi đảo chiều dòng I lớn sinh ra tia lửa điện trên chổithan và vành góp làm giảm tuổi thọ của máy điện

- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều phần ứng với phơng pháp này ngờita có một số cách đảo chiều nh sau:

+ Đảo chiều phần ứng bằng công tắc tơ chuyển mạch Loại này quátrình đảo chiều lâu đảo chiều với tần số thấp và do sử dụng công tắc tơ nênkhi đảo chiều sẽ sinh ra hồ quang

+Đảo chiều phần ứng bằng 2 sơ đồ chỉnh lu đấu song song ngợc phơngpháp này đảo chiều đợc với tần số lớn phù hợp với loại có công suất lớn, thờigian quá độ do đảo chiều nhỏ

Qua phân tích các phơng pháp đảo chiều để phù hợp với yêu cầu

2.1.5.3 Chọn phơng pháp điều khiển cho BBĐ đảo dòng:

Để điều khiển đợc BBĐ này ngời ta sử dụng 2 phơng pháp điều khiển đảochiều sau :

- Phơng pháp điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việcriêng rẽ nhau tại 1 thời điểm chỉ phát xung vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoákhông có xung điều khiển Dùng phơng pháp này không làm xuất hiện dòngcân bằng do vậy không cần cuộn kháng cân bằng Tuy nhiên phơng pháp điềukhiển riêng phải đảm bảo nguyên tắc sau, giả sử khi động cơ đang quay thuậnbộ biến đổi BBĐ1 đang làm việc đến một thời điểm nào đó (t1) ta phát lệnhđảo chiều mạch điều khiển phải làm sao cho 1 > 900, làm sao cho dòng phầnứng giảm nhanh về bằng không Lúc này cắt xung điều khiển để khoá BBĐ1.Đến thời điểm (t2) đợc xác định bởi cảm biến dòng điện phần ứng bằng khôngthì ta cho trễ 1 khoảng thời gian T = t3- t2 sau đó cho BBĐ2 làm việc với góc 2

> 900 sao cho dòng phần ứng không vợt quá giá trị cho phép để thực hiện hãmtái sinh sau đó  < 900 và thực hiện quá trình đảo chiều.

- Phơng pháp điều khiển chung: Cả 2 tổ van đều có xung mở, một tổ van ởtrạng thái tác dụng có trao đổi năng lợng với động cơ điện, còn tổ kia ở trạngthái đợi Trong phơng pháp điều khiển chung có 2 cách :

+ Điều khiển chung tuyến tính: Khi đó ta có 1 + 2 = 1800 có nghiã là tagiữ cho tổng số góc mở 2 BBĐ bằng 1800 nếu tăng góc mở của BBĐ1 thì giảmgóc mở của BBĐ2 nhờ đó ta giữ đợc SĐĐ tổng SĐĐ tổng trong mạch nguồntừ BBĐ1 đến BBĐ2 là : Eb = Eb1 + Eb2 = 0 và dòng khép kín qua bộ biến đổilà dòng cân bằng Icb= Eb / Rb = 0 nghĩa là không có sự trao đổi năng lợnggiữa các tổ van

+ Điều khiển chung phi tuyến 1+2= +  ( là góc không phù hợp) và đợcchọn theo yêu cầu đặc tính tĩnh của hệ thống Do có dòng cân bằng nên tiêután năng lợng vô ích cho nên phải sử dụng cuộn kháng cân bằng và phơngpháp này có u điểm là không có thời gian trễ khi đảo chiều nên đảo chiềunhanh với tần số lớn đặc tính tĩnh tốt

t

Do việc phân tích và chọn mạch động lực là sơ đồ hình cầu 3 pha mắcsong song ngợc, nên để thuận tiện ta chọn phơng pháp đảo chiều điện áp đặtvào phần ứng động cơ và khống chế theo nguyên tắc hỗn hợp (phụ thuộc tuyếntính) Do yêu cầu công nghệ của máy bào giờng đảo chiều nhanh chính xác,với tần số cao cho nên phơng pháp này đáp ứng đợc yêu cầu đảo chiều nhanh.

-T1T12 : 12 tiristo làm nhiệm vụ chỉnh lu.

+ T1T6: thuộc BBĐ cung cấp điện áp cho động cơ quay thuận.+ T6T12: thuộc BBĐ cung cấp điện áp cho động cơ quay ngợc.

- CB1,,CB2: là cuộn kháng san bằng dùng để hạn chế dòng cân bằng giữanhóm van katôt chung bộ thuận và anốt chung bộ ngợc CB3, CB4 hạn chế dòngcân bằng hai nhóm còn lại.

- Đ là động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

b Hoạt động của sơ đồ :

Sơ đồ gồm 2 BBĐ đấu song song ngợc với nhau Từng BBĐ có thể làmviệc ở chế độ chỉnh lu hoặc nghịch lu Giả sử 1 là góc mở đối với bộ thuận, 2

là góc mở với bộ ngợc thì 1 + 2 = 1800 (sự phối hợp tuyến tính).

Giả sử ta cho động cơ quay thuận thì BBĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh l u 1 = 0  900 ; Ud1 > 0 và 2 > 900 BBĐ2 làm việc ở chế độ nghịch lu.

Ud1 = U0 Cos 1 > 0 Ud2 = U0 Cos 2 < 0

Cả 2 điện áp này đều đặt lên phần ứng động cơ và khi này động cơ quaythuận ( các thyiristo bộ ngợc không cho dòng chảy qua từ Katốt đến Anốt)

K

0

A B C AB1

Ud1 = 1/2U0 ; Ud2 = - 1/2U0 khi đó điện áp đặt lên động cơ sẽ là : Ud = (Ud1 - Ud2 )/2 = Ud0 Cos 1  Động cơ sẽ quay thuận.

Giản đồ điện áp nh hình vẽ:

- Biểu thức điện áp cân bằng đợc xác định nh sau :+ Khi 600  1  00 thì UCB1 = - Umd sint+ Khi 900  1 > 600 thì UCB1 = - Umd sint

Với (2/3 -1)  t  (-2/3 +1) và UCB1 = - Umd sin(t -/3) Với (2/3 -1) < t và t > (-2/3 +1).

Trong đó:

Umd là biên độ của điện áp dây.

Giá trị cực đại của dòng cân bằng : ICBm = Umd / (2lCB)Giá trị trung bình của dòng cân bằng :

ICBtb = {(3Umd) / ( 2lCB)}.[(1- 2/6)sin  + (/2 - ) Cos]

2.1.6.THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIểN 2.1.6.1.đặt vấn đề.

Nh ta đã biết để cho các van của 2 BBĐ mở tại thời điểm mong muốn tacần phải có mạch điện phát ra các xung điều khiển đa đến mở các tiristo tạicác thời điểm yêu cầu nh : biên độ, tần số, công suất và thời gian tồn tại để mởchắc chắn các van với mọi tải mà sơ đồ gặp phải khi làm việc để làm đợc điềuđó ta phải đi thiết kế mạch phát xung điều khiển.

a Chọn phơng pháp phát xung:

Với mạch động lực nh đã chọn ở phần trớc để đáp ứng đợc yêu cầu điềukhiển các tiristo của bộ biến đổi ngời ta có 3 phơng pháp phát xung điều khiểnnh sau:

- Phơng pháp điều khiển theo pha ngang: phơng pháp này có u điểm là cómạch phát xung điều khiển đơn giản nhng có 1 số nhợc điểm là phạm vi điềukhiển góc mở  không rộng Rất nhạy với sự thay đổi của điện áp nguồn và khótổng hợp tín hiệu điều khiển Do những nhợc điểm này mà hệ thống phát xungđiều khiển theo phơng pháp pha ngang không phù hợp với yêu cầu công nghệcủa truyền động bàn Máy Bào Giờng.

- Phơng pháp điều khiển theo Điốt 2 cực gốc: Mạch phát xung phơng phápnày đơn giản nhng nó có nhợc điểm là chỉ phù hợp với hệ thống công suất nhỏ,

đảo chiều khó khăn Cho nên trong thực tế ngời ta ít dùng và nó không phùhợp với yêu cầu công nghệ của truyền động bàn máy bào giờng.

- Phơng pháp điều khiển theo nguyên tắc pha đứng : phơng pháp này tuy cómạch phát xung phức tạp nhng đáp ứng đợc các yêu cầu chỉ tiêu chất lợng

+ Độ rộng xung đảm bảo yêu cầu làm việc+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng.

+ Góc mở  của tiristocó thể thay đổi đợc trong khoảng rộng.

+ Độ dốc sờn trớc của xung đảm bảo có hệ số khuyếch đại phù hợp, làm việc tin cậy chính xác với độ nhạy cao.

+ Có thể điều khiển đợc hệ có công suất lớn.

Để đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ của truyền động bàn máy bào ờng cũng nh các chỉ tiêu về chất lợng làm việc cho nên trong đồ án này emchọn phơng pháp điều khiển theo pha đứng để phát xung điều khiển cho 2 bộbiến đổi.

gi-b Sơ đồ khối của mạch phát xung điều khiển :

Với hệ thống phát xung theo nguyên tắc pha đứng Ta thấy xung điềukhiển đầu ra của hệ thống này đặt nên mỗi tiristo trong sơ đồ xuất hiện lặp lạicó tính chu kỳ Thờng bằng chu kỳ nguồn cung cấp và góc điều khiển của cácvan trong sơ đồ ở mỗi chế độ làm việc nhất định là giống nhau.

Sơ đồ:

Hệ thống phát xung này gồm các khối chức năng sau:+ Khối I : là khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca.+ Khối II : là khối so sánh.

+ Khối III : là khối tạo xung.

+ UL~ : là điện áp lới xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu.+ Urc : là điện áp răng ca.

+ Uđk : là điện áp điều khiển mạch phát xung điều khiển, là điện áp một chiều (Uđk quyết định góc điều khiển ).

+ UđkT : là điện áp điều khiển tiristo, là chuỗi các xung điều khiển lấy từđầu ra hệ thống điều khiển và đợc truyền đến cực điều khiển G và K củathyristor.

c Mạch đồng bộ hoá và phát sóng răng ca :

ĐBH FSRC

- Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằngchu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và điều khiển đợc thờiđiểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ ta phải sử dụng các mạch phát xung Đểđiều khiển đợc, các tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu cũng biến đổi một cáchchu kỳ thì ta phải tạo ra các điện áp dạng răng ca, để làm đợc điều đó ta phảicó mạch ĐBH-FSRC.

Khi 1Tr1 mở 1Tr3 khoá và điểm A có mức Lôgíc "1" Vậy đầu và cuối nửachu kỳ dơng của điện áp đồng bộ hoá khi [ Uđb] < 0,4(0,7)v thì 1Tr1 khoá1Tr3 mở và điểm A có mức Lôgíc "0" Những thời điểm khác của nửa chu kỳ

dơng ở điểm A có mức Lôgíc "1" Tơng tự nh vậy ở nửa chu kỳ âm điện ápđồng bộ hoá, ở đầu và cuối chu kỳ khi [ Uđb] < 0,4(0,7)v thì điểm B có mứcLôgíc "0" những thời điểm khác của điểm B có mức Lôgíc là "1"và điểm A có

mức Lôgíc "0" ở nửa chu kỳ âm Các đầu ra A và B đợc đa tới đầu vào mạchcộng đảo (NOR) Đầu ra của NOR có C = A+B.

*

Mạch tạo điện áp răng c a :

Có rất nhiều sơ đồ tạo điện áp răng ca Tuy nhiên để tạo ra đợc điện áprăng ca xuất hiện ở cả hai nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ và để đảm bảo hệ sốđiện áp răng ca ra Nên ta sử dụng mạch phát sóng răng ca nh sau:

ic  0 - iv = iht ; iv = Uv / R7

iht = -C1 dUr / dt  Uv / R7 = - C1 dUr / dtVì: Uv = const nên Ur = 1/ {R7 C1 }.[Uv ] t + Uv(0)

Tụ 1C1 và 1Tr5 đợc chọn sao cho 1C1 có thể phóng hết điện áp khi 1Tr5mở Và giả thiết khuyếch đại thuật toán là lý tởng thì hệ số KĐ là vô cùng lớn ở nửa chu kỳ âm của điện áp đồng bộ Uv(0) = 0 và đầu ra của OAI có mộtđiện áp răng ca tuyến tính.

d Mạch so sánh:

Việc so sánh điện áp răng ca và điện áp điều khiển có thể thực hiện bằngTranzitor và vi mạch điện tử Việc ghép nối tín hiệu có thể là nối tiếp hoặcsong song miễn là đảm bảo tín hiệu răng ca và tín hiệu điều khiển có tác dụngngợc chiều nhau.

+ Phơng pháp so sánh nối tiếp có u điểm là chính xác nhng khi tín hiệurăng ca có dạng xoay chiều thì việc so sánh gặp nhiều khó khăn Ngoài ra việcso sánh bằng Tranzitor tuy đơn giản nhng không chính xác vì Tranzitor khôngthể mở khi [ Urc - Uđk] = 0

+ Việc dùng vi mạch cho phép xác định góc  chính xác hơn do các vi mạchcó hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hoà rất nhanh, do đó để thực hiện chức năng sosánh ta dùng vi mạch khuyếch đại thuật toán mắc song song nh sau :

e Mạch sửa xung và phân chia xung:

Từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh mà độ dài xung thờng thay đổitheo góc mở  Do đó ta phải có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng của xungra đủ mức cần thiết Với BBĐ là hình cầu điều khiển chung tuyến tính (1 +2 = 1800) thì góc mở  luôn nhỏ hơn 1800 1 góc  để đảm bảo cho BBĐkhông bị lật nhào nghịch lu thì  thờng nhỏ hơn 300 tức là lớn hơn 60s Thờigian này thờng để mở các tiristor cho nên ta chỉ cần sửa xung theo hớng thungắn lại.

+ Sơ đồ mạch sửa xung và phân chia xung nh sau, để tiện cho việc khảo sátta vẽ cả mạch so sánh:

* Nguyên lý làm việc của mạch sửa xung:

Mạch sửa xung gồm có ( tụ 1C2, 1R11, 1D1, 1Tr6, 1R12, 1R13) Ta giảthiết đồ thị điện áp răng ca Urc , U0 và một giá trị nào đó của điện áp điềukhiển (Uđk) bộ chỉnh lu thuận nh đồ thị hình bên thì ta có t = 0 t = 1 thìđiện áp vào mạch so sánh có giá trị âm nên điện áp ra mạch so sánh có giá trịdơng, USS = + Ubh  +UCC (Ubh là điện áp ra bão hoà của mạch so sánh) Tại t= 1 t = 1 thì (UV =+Urc +U0 +UđkT) là dơng nên điện áp đầu ra USS chuyểnsang âm Vậy ở khoảng thời điểm USS = + Ubh thì Tr6 mở bởi định thiên 1R13và tụ 1C2 đợc nạp theo cực tính (+,-) nh hình vẽ thì đầu của G1, G4 cha cóđiện áp ra (UD = 0 ).

Khi USS chuyển sang mức bão hoà âm thì Tranzitor Tr6 khoá, tụ 1C2 sẽphóng điện qua nguồn  1D1  1R11  - 1C2 Sau khi tụ 1C2 phóng nó sẽnạp theo chiều ngợc lại với cực tính (+),(-) nh hình vẽ Chính dòng phóng vànạp của tụ 1C2 sẽ đặt 1 điện áp âm lên cực gốc của Tr6 làm Tranzitor khoá lạivà tại điểm D sẽ có xung điều khiển Độ rộng của xung điều khiển này phụthuộc vào hằng số thời gian phóng nạp của tụ 1C2 và phụ thuộc vào mạch 1C2,1R11, 1R12

* Nguyên lý làm việc mạch phân chia xung:

Xung ra ở điểm D có tần số 100 Hz sẽ đợc đa đến đầu vào của mạchLôgíc (AND) G1và G4 còn hai tín hiệu Avà B là các xung hình chữ nhật t ơngứng với hai nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ hoá ở nửa chu kỳ dơng của điệnáp đồng bộ A có mức Lôgíc "1" nên đầu ra G1 có xung điều khiển còn điểm Bcó mức Lôgic "0" nên đầu ra G4 không có xung điều khiển Tơng tự nh trên ởnửa chu kỳ âm thì G4 có xung điều khiển, G1 không có xung điều khiển.

- Từ nguyên lý làm việc của các mạch đồng bộ hoá - FSRC, mạch so sánh,mạch sửa xung và phân chia xung ta có giản đồ điện áp nh sau :

f Mạch khuyếch đại xung :

* Nguyên lý làm việc của mạch khuếch đại xung.

- Để khuếch đại xung ta có thể dùng tranrito hay thyristor các mạchdùng thyristor thờng đợc dùng trong các trờng hợp có đòi hỏi công suất xungđầu ra lớn và thời gian tồn tại xung dài trờng hợp này ít dùng.

- Trong thực tế ngời ta dùng tranrito để giảm sự phức tạp của tầmkhuếch đại, trong nhiều trờng hợp ngời ta dùng hai tranrito mắc nối tiếp tơngđơng với một tranrito có hệ số khuếch đại dòng là:

 = 1 2

Với 1 , 2 là hệ số khuếch đại xung của 1Tr7 và 1Tr8.

- Khi cha có xung vào nên hai tranrito 1Tr7 và 1Tr8 cha làm việc, chacó dòng chạy qua cuộn sơ cấp BAX nên không có xung điện áp (Uđk) trên đầura của cuộn thứ cấp BAX Giả sử tại một thời điểm nào dó trên đầu ra củamạch AND có tín hiệu điều khiển AND có tín hiệu điều khiển có xung ra là 1, dẫn đến 1Tr7 và 1Tr8 đều mở

g- Thiết kế mạch khuếch đại trung gian:

Mạch khuếch đại trung gian gồm có khâu tạo điện áp chủ đạo, khâu tổnghợp tín hiệu, phản hồi âm dòng điện, khâu tổng hợp tín hiệu phản hồi âm tốcđộ Các khâu này đều sử dụng vi mạch khuếch đại thuật toán kết hợp với cáclinh kiện liên quan nên tín hiệu ra tuyến tính so với tín hiệu vào thông qua hệsố khuếch đại.

* Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ:Sơ đồ của khâu phản hồi âm tốc độ:

Tín hiệu phản hồi âm tốc độ đợc lấy qua máy phát tốc có trục nối cứng với trụcđộng cơ Tín hiệu này tỷ lệ với tốc độ động cơ qua hệ sơ tuyến của máy pháttốc Mạch này gồm các vi mạch khuếch đại thuật toán OA5, OA6, OA7 và cáclinh kiện liên quan Trong đó tín hiệu đầu vào OA5 là Ucđ và tín hiệu phản hồiâm độ n và đợc khuếch đại lên K lần với cực tính ngợc lại Tín

hiệu này sau khi đợc tổng hợp sẽ đợc đến đầu vào đảo OA6 và đợc khuếch đạilên Ki lần và đợc đa vào khối so sánh của kênh điều khiển quay thuận Đồngthời tín hiệu này đợc đa vào đầu vào đảo của OA7 tạo ra tín hiệu điều khiểnquay ngợc.

- ở chiều quay thuận ta có:

- Khi I > Ing do I tăng dần đến đầu ra OA3 là dơng hơn so với UCC nênđiện áp đầu ra OA4 là âm hơn Uđk cho nên DI thông và khi này ta có:

Uđk = (Ucđ - n).k -  I

Khi điện áp ra của OA4 đạt trạng thái bão hoà thì DI thông hoàn toàndẫn đến UđkT = 0, Uđk ng = 0 tơng đơng ( 1 = 90o, 2 = 90o).

d) Mạch tạo nguồn nuôi:

Do trong mạch có sử dụng khuếch đại thuận toán ta cần phải sử dụnghai nguồn nuôi ngợc dấu nối tiếp nhau và có đặc điểm chung là điểm nối mát.Ta thiết kế sơ đồ mạch này nh sau:

Điện áp xoay chiều đợc chỉnh lu nhờ hai sơ đồ chỉnh lu hình tia, điện ápra đợc ổn định nhờ các vi mạch ổn áp và đợc lọc bởi các tụ đa ra hai nguồn+15v và -15v có điểm chung là 0 của máy biến áp Hai nguồn này sẽ nuôi chocác vi mạch và làm nguồn điện áp ngỡng Mặt khác điện áp lới lớn khiến chota chỉ cần chọn các tranrito khuếch đại công suất có dòng nhỏ.

Chơng iii

tính chọn thiết bị điện