Thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần nguồn áp

Thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần nguồn áp

Lời mở đầu Trong năm gần tiến khoa học kỹ thuật đ ã đưa lại ứng dụng lớn lao vào q trình cơng nghiệp hóa đại hố đất nước Bên cạnh thành tựu mặt thực tiễn lý thuyết điều khiển đời góp phần khơng nhỏ việc xây dựng ngun lý điều khiển tối ưu hệ thống truyền động cơng nghiệp.l nước q trình xây dựng kinh tế công nghiệp đại với nhiệm vụ thực thành công trình cơng nghiệp hố đại hố, đất nước ta ngày đòi hỏi nhiều ứng dụng manh mẽ th ành tựu khoa học kỹ thuật v trình sản xuất để đưa lại suất lao động cao hơn, cạnh tranh với nước khu vực giới Từ trước đến máy doa ngang sử dụng phổ biến nh máy xí nghiệp, Nhưng để đưa giải pháp điều khiển giúp tối ưu cho tiêu chất lượng hệ truyền động ăn dao ta cần quan tâm điểm sau đây: Động không đồng ba pha thuộc loại động sử dụng rộng rãi động chiều có giá thành rẻ, vận hành an tồn sử dụng trực tiếp lưới điện cơng nghiệp Mặt khác, phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử công suất kỹ thuật vi điện tử tăng khả sử dụng động điện KĐB ba pha yêu cầu cần điều chỉnh tự động truyền động phạm vi rộng có độ xác cao mà trước phải dùng động điện chiều Mặt khác phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB ba pha rotor lồng sóc cách thay đổi tần số dịng điện stator có ưu điểm bật so với phương pháp khác là: Tốc độ điều chỉnh phạm vi rộng Tiết kiệm mặt kinh tế Động roto lồng sóc vận hành cách tin cậy Do ta thiết kế đồ án với hệ truyền động biến tần ngu ồn áp có nhiệm vụ là: Giới thiệu công nghệ máy doa Tổng hợp hệ thống( bao gồm tổng hợp mạch v òng tốc độ mạch vòng dòng điện) Thiết kế mạch điều khiển cho hệ truyền động Qua thời gian tương đối ngắn với số lượng cơng việc đáng kể đồ án chắn cịn có thiếu sót, với nổ lực thân em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo Hà n ội ngày 22 tháng năm 2005 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CỦA MÁY DOA NGANG I Chức - công dụng máy doa I.1 Chức công dụng máy doa Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Doa l phương pháp gia công chi tiết ,doa thuộc công đoạn gia cơng tinh ,nó gia cơng lỗ đ ã khoan kht, lỗ hình cơn, hình trụ, cắt ren Ngồi máy doa cịn dùng để phay Doa phương pháp gia công tinh có th ể đạt độ bóng bề mặt từ 6- cấp chinh xác từ - cấp xác I.2 Phân loại máy doa Máy doa máy gia công cắt gọt kim loại Trên truyền động máy gá mũi khoan mũi doa, v ì máy gia cơng thơ ( khoan ,kht lỗ hình ,hình trụ); gia cơng tinh gá mũi doa Đặc điểm máy doa gia cơng đồng thời nhiều lỗ có trục song song trục thẳng góc với nhau.Máy doa có nhiều loại khác với kích cỡ , cơng dụng mức độ chun mơn hố khác + Nếu phân loại theo chức năng, cơng dụng phân : Máy khoan , khoét Máy doa + Phân loại theo chuyển động Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng Doa ngang: dao quay theo phương n ằm ngang + Phân loại theo mức độ trang bị điện Loại đơn giản: thường dùng động KĐB khơng có điều chỉnh tốc độ điện Loại trung bình thường dùng động KĐB điều chỉnh tốc độ cách thay đổi số đôi cực dùng ddộng chiều hệ thống hở Loại phức tạp : dùng động chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ kín điều khiển theo ch ương trình Đây loại máy doa gia cơng có độ xác cao + Nếu phân loại theo trọng lượng máy ,ta có: Loại nhỏ : trọng lượng máy nhỏ 10 Loại trung bình :trọng lượng máy từ 10 - 100 Loại lớn: trọng lượng máy lớn 100 II Giới thiệu máy doa II.1.Giới thiệu máy Máy doa ngang nằm nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây l loại máy có vay trị quan trọng cơng nghiệp v ì loại máy doa vạn Loại máy có hệ thống trang bị điện đại, gia cơng đ ược nhiều loại chi tiết khác nhau, khả cơng nghệ d ùng để doa, khoan, khoét, phay với nguyên công sau: + Nguyên cơng doa: thường doa lỗ hình ,hình trụ, mặt phẳng vng góc với có độ định tâm cao + Nguyên công tiện: nắp lưỡi dao tiện tiện ,cắt mặt đầu, cắt ren Với ngun cơng cắt ren truyền động ăn dao truyền từ trục + Ngun cơng khoan: cần gia cơng lỗ có độ định tâm cao ta thực máy doa, nguyên công th ường nặng nề Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt ,phay mặt ngo ài II.2 Cảc truyền động máy doa a, Truyền động Truyền động máy doa l truyền động quay mâm gá dao, truyền động thực nhờ động KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách dây từ -YY Tốc độ trục mâm gá dao thay đổi phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ bánh ch ưa ăn khớp động đóng điện với mô men nhỏ tạo điêù kiện cho bánh vào ăn khớp, truyền động có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp hai ph ương pháp thay đổi tốc độ điện khí Động hãm ngược sau ấn nút dừng sau ấn nút thử máy b, Truyền động ăn dao Bao gồm truyền động: Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang Chuyển động sang trái Chuyển động sang phải Ngồi cịn có chuyển động bàn máy ụ máy theo hai chiều, chuyển động truyền động động điện chiều kích từ độc lập ,hoặc động xoay chiều roto lồng sóc truyền động quan trọng nhất, phức tạp máy doa với y cầu thông số chất lượng cao c Các truyền động phụ Truyền động di chuyển cấu kẹp chi tiết, thực nhờ động KĐB ro to lồng sóc Các truyền động bơm nước, bơm dầu II.3.Kết cấu máy doa a, Thân máy Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu h ình chữ U, hai đầu có hai ụ b, Ụ Nằm thân máy, chuyển động tịnh tiến so với thân máy Động trục gắn vào thân máy với hộp tốc độ Quá trình di chuyển thực hiên nhờ trục động chạy dao c, Ụ trục phụ Nằm thân máy chuyển động tịnh tiến nhờ động c ăn dao tay Khi gia cơng chi tiết có địi hỏi độ xác cao có tác dụng giữ dao d, Bàn máy Được bố trí hai ụ, di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải II.4 Các chế độ vận hành máy a Máy doa ngang có chế độ vận hành sau: Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành tay tự động Trong q trình vận hành thưc chạy nhanh bàn dao phương pháp giảm từ thông động Chỉnh định toạ độ ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học Điều khiển máy nhờ nút b ấm tay gạt, chúng bố chí hai ụ máy b.Các thơng số kỹ thuật Tốc độ động nmin :2 [vòng/phút] Tốc độ động nmax : 2900 [vòng/phút] Tốc độ ăn dao v : 10-4 [m/s] Tốc độ ăn dao v đm : 0,0785 [m/s] Tốc độ ăn dao v max : 0,156 [m/s] Lực cắt F z : 30 [kN] Mơmen qn tính cấu J : 0,01 [kg/m2] Hiệu suất : 0,8 Bán kính quy đổi lực cắt trục động điện v/ 5.10-4 III.Các trang bị điện yêu cầu cho truyền động ăn dao máy a Trong máy doa ngang truyền động ăn dao truyền động phức tạp nhất, địi hỏi hệ thống trang bị fđiện có mức độ tự động hố cao truyền động n ày có yêu cầu tiêu chất lượng sau Phạm vi điều chỉnh tốc độ Truyền động ăn dao máy doa ngang có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh đặc trưng hệ số: nmax nmin D 3000 1500 2 Độ trơn điều chỉnh Vì máy làm việc nhiều chế độ gia cơng khác nh doa lỗ có đường kính lớn cần tốc độ nhỏ, cịn doa mặt cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất lượng gia cơng bề mặt có độ bóng từ 6- tốc độ phải điều chỉnh vơ cấp ni ni 3.Độ ổn định tốc độ làm việc Để đảm bảo trì ổn định tốc độ đạt mức x ác cao tốc độ truyền động thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ Mmax yêu cầu độ sụt tốc độ là: n n n dmi i n ( )% i Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh v đặc tính Truyền độmg ăn dao máy bao gồm chuyển động tịnh tiế n, mômen cản MC lực kéo ăn dao qui định phải đảm bảo phụ tải có mơ men M lớn Nếu yêu cầu mô men M = const Mmax xác định lực ăn dao, bao gồm : lực kéo F x ,tổn hao ma sát gờ trượt máy Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế chiều sâu cắt F x không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao cịn phụ thuộc vào cơng suất truyền động cấp ăn dao cực đại sử dụng vớ i cấp tốc độ xác cực đại, dẫn tới tải gây nguy hiểm cho truyền động Mặt khác, với cấp tốc độ thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, có kể đến biến đổi lực ma sát tr ên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độ lực kéo bàn Qn biểu diễn hình vẽ sau MC,PC MC PC n n0 Ở vùng tốc độ gia cơng ta có: M = const , P tỉ lệ với U Ở vùng chạy dao nhanh: M P/n ; P=const n1 Đồ ụ ả n2 ị 5.Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải Trong trình làm việc thường xảy tải tĩnh tải động Quá tải tĩnh: vật liệu không đồng nhất, dao cắt v vùng chai cứng nhiệt độ tăng l àm cho công suất cắt tăng dẫn tới tải Q tải động : q trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngán thời gian tải động cần phải rút ngắn trình Các biện pháp han chế phụ tải: Hạn chế phụ tải truyền động thơng qua truyền động ăn dao Hạn chế phụ tải tĩnh động phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm dịng có ngắt Yêu cầu hãm dừng xác Việc dừng máy xác yêu cầu qua trọng Bởi dừng Đxác đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng suất máy, an to àn cho thiết bị người vận hành Các biện pháp nâng cao chất lượng trình hãm ( giảm thời gian hãm ) Sử dụng thiết bị khống chế Tăng gia tốc hệ thống Sử dụng vật liệu nhẹ để giảm th ành phần mô men quán tính Tăng lực cản khí Hãm điện , sử dụng ba ph ương pháp: + Hãm ngược +Hãm động + Hãm tái sinh Giảm tốc độ cách giảm điện áp đặt v phần ứng động Yêu cầu kinh tế Hệ thống thiết kế phải đảm bảo có kết cấu đ ơn giản, gọn nhẹ, thuận tiện cho vận hành sửa chữa Vốn đầu tư mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý Giá thành hệ thống h, phải thoả m ãn yêu cầu kỹ thuật CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG I.Giới thiệu chung: I.1 Chọn động Động không đồng ba pha (KĐB ) sử dụng rộng dãi công nghiệp từ công suất nhỏ đến cơng suất trung b ình chiếm tỷ lệ lớn so với động khác Sở dĩ động KĐB có kết cấu đơn giản , dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ l ưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên , trước hệ truyền động động c KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếp tỷ lệ nhỏ l việc điều chỉnh tốc độ động c KĐB có khó khăn động chiều Trong thời gian gần , phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học , động c KĐB khai thác ưu điểm Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu với hệ truyền động Tiristo - Động chiều Khác với động chiều ,động KĐB cấu tạo phần cảm phần ứng không tách biệt Từ thông động c mômen động sinh phj thu nhi c Trong công nghi risto s H c,Xác định hệ số A,B d, Mơ men qn tính động : J=0,01 (kg/m2) e,Tổng hợp mạch vòng dòng điện : Bi Hàm truy à: S01= (1 K pT1 )(1 pT2 ) 11,98 (1 0, 0043 p)(1 0, 001 p) Theo tiêu chu a toàn b F(p)= 19,84 0, 0053 p òng dòng 1 p 2 p2 Hàm truy FI(p) = RI ( p ).S ( p ) RI ( p ).S ( p ) Suy RI(p) = F ( p) F ( p) S ( p ).(1 F ( p )) 1 p (1 Ch 1 p 2 p ) p2 11,98 (1 0, 001 p)(1 0, 0043 p) = 0,001 RI(P)= 0, 0043 p =0,215 + 0, 02 p 0, 02 p I ên lý c R2 R1 0, 215 có d (1 0.001 p)(1 0, 0043 p) p (1 p ).11,98 Ch =1(k ) -> R1= 4,6(k ) R1C2=0,02 -> C2=20( F ) f, Tổng hợp mạch vòng tốc độ : Coi Mc=0 Sw(p) hàm truy òng t Sw(p) = (KfSI(p)B +A ) = (K f = B (1 p ) K i K (K f B w= K jp T p Jp.(1 p)(1 p) Sht((p)= S ht S (1 S ht ) Sw(p)= F(p) Rw= (1 A) A Ap ) K i Hàm truy V K jp T p 4 áp d R S R S chu p p p2 p3 p p p p3 K ( K f B A Ap ) K i p ) Jp.(1 p)(1 p) p p p3 B Rw= p K i K ( K f B A Ap ) (1 (2 T ) p Jp p )8 p2 Ch T = 2.0,001+0,001=0,003 Rw(p)= = K J (1 p) p ( K f B A Ap ) K i J Ap 2K Ki (K f B Kf B A thay s = 0,001 J K Ki p(K f B A) K f = 1,06 J = 0,01(kg/m2) K w = 0,032 A = 3,5 = 0,001 B = 6,64 K i = 0,7 Thay s Rw= 1 0, 02 0, 00064 p 1, 68.10 p V m 4=1k R3C4 = 1,68.10 -3 -> R3= 50k C4 =3,36.10 -8 (F) * Khâu t Khâu t ùng m ình v A) Hàm truy Ch ) -> C = 0,64( F ) THI I Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống II Thiết kế điều chỉnh Ri Rω 1.Sơ đồ điều chỉnh Ri R2 R1 0, 215 F Theo t m l PI n * F 3.Thiết kế biến đổi điện áp tần số(VCO) ên lý m M khâu tích phân, A2 m A3 khố chuy