Trong mọi ngành sản xuất hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại đang từng ngày, từng giờ được ứng dụng vào nước ta. Với chính sách mở cửa của Đảng và Nhà nước ta hiện nay, chắc chắn các công nghệ tiên tiến và hiện đại của thế giới sẽ ngày càng được áp dụng hiệu quả vào Việt Nam với quy mô, số lượng, chất lượng một cách nhanh chóng. Tác dụng của các công nghệ mới và dây chuyền sản xuất hiện đại đã góp phần thúc đẩy sự nghiệp Công nghiệp hoá Hiện đại hoá đất nước mà Nghị quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII và lần thứ IX đã đề ra. Sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát triển với tốc độ ngày càng cao. Những thành tựu của lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lường.... đã và đang được triển khai trên quy mô rộng lớn, tạo nên những thiết bị và dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với năng suất cao và chất lượng tốt. Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng. Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản xuất, giữa các phân xưởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền. Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng ngày càng đa dạng và phức tạp.
Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động lời nói đầu Trong ngành sản xuất nay, công nghệ tiên tiến, dây chuyền thiết bị đại ngày, đợc ứng dụng vào nớc ta Với sách mở cửa Đảng Nhà nớc ta nay, chắn công nghệ tiên tiến đại giới ngày đợc áp dụng hiệu vào Việt Nam với quy mô, số lợng, chất lợng cách nhanh chóng Tác dụng công nghệ dây chuyền sản xuất đại đà góp phần thúc đẩy nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nớc mà Nghị Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VIII lần thứ IX đà đề Sự phát triển kinh tế quốc gia phụ thuộc nhiều vào mức độ giới hoá tự động hoá trình sản xuất Với vai trò mũi nhọn kỹ thuật đại, lĩnh vực tự động hoá phát triển với tốc độ ngày cao Những thành tựu lý thuyết Điều khiển tự động, Tin học công nghiệp, Điện tử công suất, Kỹ thuật đo lờng đà đợc triển khai quy mô rộng lớn, tạo nên thiết bị dây chuyền công nghiệp sản xuất tự động với suất cao chất lợng tốt Trong trình sản xuất, việc tự động hoá dây chuyền sản xuất đóng vai trò quan trọng Nó cầu nối hạng mục sản xuất, phân xởng nhà máy, máy công tác dây chuyền Việc điều khiển hoạt động dây chuyền đại, tiên tiến ngày đa dạng phức tạp Truyền động điện có nhiệm vụ thực công đoạn cuối công nghệ sản xuất Đặc biệt dây chuyền sản xuất tự động đại, truyền đồng điện đóng góp vai trò quan trọng việc nâng cao suất chất lợng sản phẩm Vì vậy, hệ truyền động điện luôn đợc quan tâm nghiên cứu nâng cao chất lợng để đáp ứng yêu cầu công nghệ với mức độ tự động hoá cao Việc tăng suất máy sản xuất giảm giá thành thiết bị điện máy hai yêu cầu cần chủ yếu hệ thống truyền động điện tự động hoá sản xuất nhng chúng lại mâu thuẫn Một bên đòi hỏi sử dụng hệ thống phức tạp, bên lại yêu cầu hạn chế số lợng thiết bị chung máy số thiết bị cao cÊp VËy viƯc lùa chän mét hƯ thèng trun ®éng diện tự động hoá thích hợp cho cấu sản xuất toán khó Với việc ứng dơng réng r·i c¸c tiÕn bé kü tht lÜnh vực điện tử - tin học, hệ truyền động điện đợc phát triển có thay đổi đáng kể Đặc biệt, công nghệ sản xuất thiết bị điện tử công suất ngày hoàn thiện nên biến đổi điện tử công suất hệ truyền động điện đáp ứng đợc yêu cầu tác động nhanh, độ xác cao mà góp phần làm giảm kích thớc hạ giá thành hệ trun ®éng HƯ trun ®éng ®iƯn mét chiỊu cã mét u bật khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực mạch điều khiển đơn giản đồng thời đạt chất lợng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Chính mà truyền động điện chiều đóng vai trò quan trọng dạng truyền động điện dùng, lĩnh vực đòi hỏi khả điều khiển linh hoạt nh máy sản xuất Xuất phát từ vấn đề liên quan tới hệ truyền động điện chiều, đồ án nghiên cứu thiết kế hƯ thèng trun ®éng mét chiỊu sư dơng ngn chØnh lu điều khiển Thyristor cho động quay chi tiết máy mài tròn Trong phạm vi nhiệm vụ đợc giao đồ án, việc tính toán thông số giá trị cần thiết cho mạch động lực mạch điều khiển, thiết kế mạch điều khiển em dành quan tâm chủ yếu cho việc xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ truyền động T-Đ, thiết kế điều chỉnh cho mạch vòng phản hồi nối cấp, thực mô đặc tính hệ thống chơng trình Simulink Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động Trong trình thiết kế, với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn Tự động hoá XNCN bạn sinh viên khác cộng với nỗ lực thân, em đà hoàn thành đợc đồ án Tuy nhiên, thời gian tơng đối ngắn trình độ chuyên môn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đợc góp ý thầy cô giáo bạn để đồ án đợc hoàn thiện Sinh viên thực Hà Đăng Chính đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động máy mài tròn Đặc điểm công nghệ 1.1 Giới thiệu chung Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn máy mài phẳng Ngoài ra, có loại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rÃnh, máy mài cắt, máy mài Thờng máy mài có ụ chi tiết bàn để kẹp chi tiết ụ đá mài, có trục với đá mài Cả hai ụ đặt bệ máy Máy mài công nghiệp Máy mài tròn Máy mài Máy mài tròn Máy mài cắt Máy mài mặt đầu Các loại khác Máy mài rÃnh Máy mài biên đá Máy mài tròn Máy mài vô tâm Máy mài phẳng Hình 1-1 Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn máy mài tròn Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài tròn đợc biểu diễn hình 1-2 Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động Đá mài Chi tiết a Máy mài tròn b Máy mài tròn Hình 1-2 Sơ đồ gia công chi tiết máy mài tròn Các dạng chuyển động máy mài tròn gồm có: - Chuyển động chuyển động quay đá mài - Chuyển động ăn dao di chuyển tịnh tiến ụ đá ăn dao theo hờng dọc trục (ăn dao dọc trục) theo hớng ngang trục (ăn dao ngang), chuyển động quay chi tiết (ăn dao vòng) - Chuyển động phụ di chuyển nhanh ụ đá chi tiết Yêu cầu truyền động điện máy mài tròn 2.1 Truyền động Thông thờng truyền động máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động không đồng rotor lồng sóc máy mài cỡ nặng, để trì tốc độ cắt không đổi mòn đá hay kích thớc chi tiết gia công thay đổi, thờng sử dụng truyền động động có phạm vi điều chỉnh tốc độ D=2 4/1 với công suất không đổi máy mài trung bình nhỏ v = 50 80 m/s nên đá mài có đờng kính lớn tốc độ quay đá khoảng 1000 vòng/phút máy có đờng kính nhỏ, tốc độ đá cao Động truyền động động đặc biệt có tốc độ 24000 48000 vòng/phút lên tới 150000 200000 vòng/phút, đá mài gắn trục động Nguồn động biến tần, máy phát tần số cao - biến tần quay biến tần tĩnh - biến tần thyristor Mômen cản tĩnh trục động thờng 15 20% mômen định mức Mômen tính đá cấu truyền lực lại lớn 500 600% mômen quán tính động cơ, cần hÃm cỡng động quay đá không yêu cầu đảo chiều quay động quay đá 2.2 Truyền động ăn dao máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động không đồng nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 4)/1 máy lớn dùng hệ thống biến đổi - động điện chiỊu (BB§ - §M), hƯ K§T - §M cã D = 10/1 với phơng pháp điều chỉnh tốc độ điều chỉnh điện áp phần ứng Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động Truyền động ăn dao dọc bàn máy tròn cỡ lớn thực theo hệ BBĐ - ĐM với dải điều chỉnh tốc độ D = (20 25)/1 truyền động ăn dao ngang sư dơng thủ lùc 2.3 Trun ®éng phơ Sư dụng động không đồng rotor lồng sóc Đặc tính máy mài Đặc tính cấu sản xuất đợc khái quát phơng trình: q M c M o (M dm M o )( ) dm đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ =0 Mdm - Mômen ứng với tốc độ định mức dm Mc - Mômen ứng với tốc độ q - số mũ phụ thuộc vào loại cấu sản xuất Với máy mài nói riêng máy cắt gọt kim loại nói chung, q thờng nhận hai giá trị q=1 (ứng với truyền động M c vµ P = const) vµ q=0 (øng với truyền động ăn dao Mc = Mđm = const) Trong thực tế, đặc tính cấu sản xuất không giữ đợc cố định theo quy luật toàn phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ điều kiện tự nhiên Đối với truyền động máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P = const) tốc độ thay đổi mômen tỷ lệ ngợc víi tèc ®é M c Nh vËy, tốc độ thấp, mômen lớn nên kích thớc phận khí phải chọn lớn lên, điều lợi Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy tốc độ thấp dùng cho chế độ làm việc nhẹ (Fz Pz nhỏ) Vì vậy, vùng tốc độ thấp, ngời ta giữ mômen không đổi công suất thay đổi theo quan hệ bậc với tốc độ Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi ®iỊu chØnh tèc ®é Tuy nhiªn, ë vïng tèc ®é thấp, lợng ăn dao s nhỏ, lực cắt Fz bị hạn chế chiều sâu cắt tới hạn t Trong vùng này, tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao mômen ăn dao giảm theo vùng tốc độ cao, tơng ứng với tốc độ vz truyền động phải lớn, giữ Fad lớn nh cũ công suất truyền động lớn Do đó, cho phép giảm nhỏ lực ăn dao vùng này, mômen truyền động ăn dao giảm theo Đặc điểm công nghệ yêu cầu truyền động F F z ad v v gh vz a Trun ®éng chÝnh v1 v2 v ad b Trun động ăn dao Hình 3-1 Đồ thị đặc tính phụ tải máy mài Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi tốt đặc tính điều chỉnh giống đặc tính máy Khi đó, động đợc sử dụng hợp lý tức làm việc đầy tải tốc độ Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt đợc tiêu lợng cao Nói cách khác, lựa chọn động có kích thớc nhỏ cho máy Đặc tính điều chỉnh truyền động điện quan hệ công suất M,P mômen động với tốc độ M Với động chiều kích từ độc lập, điều chỉnh điện áp phần ứng giữ từ thông máy không đổi ta cã: P M = kIu = const; P = M Khi điều chỉnh từ thống, giữ điện áp phần ứng không đổi gh max min M = kIu ; P = M = const Hình 3-2 Quan hệ M() P() động chiều kích từ độc lập Kết hợp hai phơng pháp điều chỉnh, ta có đồ thị nh hình 3-2 Đặc tính điều chỉnh vùng có dạng giống đặc tính truyền động Một tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng hệ thống truyền động điện độ ổn định tốc độ % Đờng đặc tính cứng độ ổn định tốc độ cao Nói chung, truyền động ăn dao yêu cầu % (5 10)% truyền động yêu cầu % (5 15)% Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện thiết kế hệ truyền động Các phơng án truyền động Chọn phơng án truyền động dựa yêu cầu công nghệ kết tính chọn công suất động cơ, từ tìm loạt hệ truyền động thoả mÃn yêu cầu đặt Bằng việc phân tích, đánh giá tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta lựa chọn đợc vài phơng án phơng án để thiết kế Lựa chọn phơng án truyền động tức phải xác định đợc loại động truyền động chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động Từ phân tích đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động máy mài tròn nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động quay chi tiết máy mài tròn, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi Với phơng án điều chỉnh tốc độ điều chỉnh điện áp phần ứng giữ từ thông động không đổi ta có phơng án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động chiều (Hệ F-Đ) HƯ thèng trun ®éng chØnh lu ®iỊu khiĨn thyristor- động chiều ( Hệ T-Đ) Hệ thống điều chỉnh xung áp - động chiều ( Hệ XA-Đ) Hệ thống truyền động điện động không đồng dùng phơng pháp điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ) 4.1 Hệ thống truyền động máy phát - động chiều (F-Đ) 4.1.1 Cấu trúc hệ F-Đ Hệ thống máy phát - động (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) hệ truyền động điện mà biến đổi điện máy phát điện chiều kích từ độc lập Máy phát điện thờng động sơ cấp không đồng ba pha ĐK quay coi tốc độ quay máy phát không đổi ~ ĐK F U i KF U ®ku U I F § i K§ M kF M ~ 18 kĐ U đk Tổng hợp hệ thống truyền động Hình 4-1 Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ đợc thể hình 4-1 Động Đ truyền động quay chi tiết máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F Động sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi động điện không đồng ĐK Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF điều chỉnh đợc tốc độ không tải hệ thống độ cứng đặc tính đợc giữ nguyên 4.1.2 Đặc điểm hệ F-Đ Các tiêu chất lợng hệ truyền động F-Đ tơng tự nh tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng biến đổi nói chung Ưu điểm bật hệ F-Đ chuyển đổi trạng thái làm việc linh hoạt, khả tải lớn Do thờng sử dụng hệ F-Đ máy khai thác công nghiệp mỏ Nhợc điểm quan trọng hệ F-Đ dùng nhiều máy điện quay, hai máy điện chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không 75%), công suất lắp đặt máy gấp ba lần công suất động chấp hành Ngoài ra, máy phát chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ Với hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt phải thay máy phát F nguồn áp máy điện khác nh máy điện khuếch đại (MKĐ) có phản hồi nâng cao chất lợng Các đặc điểm khác: Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1) Điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi điều chỉnh Việc điều chỉnh tiến hành mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ Hệ điều chỉnh đơn giản, thực hÃm điện dễ dàng Vốn đầu t ban đầu diện tích lắp đặt lớn 4.2 Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động chiều Tốc độ động điện chiều đợc điều chỉnh phạm vi rộng phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động (hay hệ truyền động van chiều) chỉnh lu điều khiển đợc Các van điều khiển đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor Hiện nay, công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên thyristor đợc sử dụng rộng rÃi để tạo chỉnh lu có điều khiển tính chất u viƯt: gän nhĐ, tỉn hao Ýt, qu¸n tÝnh nhá, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Trong hƯ thèng trun ®éng chØnh lu ®iỊu khiĨn - ®éng chiều (CL-Đ), biến đổi có sức điện động E đ phụ thuộc giá trị pha xung ®iỊu khiĨn (gãc ®iỊu khiĨn ) ChØnh lu cã thĨ dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng dòng kích từ động Tùy theo yêu cầu cụ thể truyền động mà dùng sơ đồ chỉnh lu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia ) C¸c bé chØnh lu thyristor dïng trun động điện chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động (hệ T-Đ) 19 Tổng hợp hệ thống truyền động 4.2.1 Hệ truyền động thyristor-động (T-Đ) Hệ truyền động T-Đ hệ truyền động ®éng c¬ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp, ®iỊu chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ động thông qua biến đổi chỉnh lu dùng thyristor ~ U ~ U Đ đk đk i KĐ M M Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động T-Đ 4.2.2 Đặc tính hệ T-Đ Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động chỉnh lu thyristor Dòng điện chỉnh lu dòng điện phần ứng động Chế độ làm việc chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển tính chất tải Trong truyền động điện, tải chỉnh lu thờng cuộn kích từ (L-R) mạch phần ứng động (L-R-E) Phơng trình đặc tính cho hệ T-Đ chế độ dòng điện chØnh lu liªn tơc: E cos R M k dm (k dm)2 k dm Độ cứng đặc tính R tổng trở toàn R mạch phần ứng động (gồm điện trở phần ứng động R điện trở phần tử mạch nối tiếp với phần ứng động cơ) Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào góc điều khiÓn : E cos o k dm Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởng giao điểm cảu trục tung với đoạn thẳng đặc tính kéo dài Thực tế, có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tởng đặc tính lớn 20 Tổng hợp hệ thống truyền động Họ đặc tính hệ thống trờng hợp nh hình 4-3 điều chỉnh vùng dới tốc độ định mức Các đặc tính hệ truyền động T-Đ mềm hệ F-Đ có sụt áp tợng chuyển mạch thyristor Góc điều khiển lớn điện áp đặt vào phần ứng động nhỏ Khi đó, đặc tính hạ thấp ứng với mômen cản M c, tốc độ động giảm Lý thuyết thực nghiệm chứng tỏ: phụ tải nhỏ đặc tính có độ dốc lớn (phần nằm vùng gạch chéo) Đó vùng dòng điện gián đoạn Góc điều khiển lớn (khi điều chỉnh sâu) vùng dòng M điện gián đoạn rộng việc Hình 4-3 Đặc tính hệ điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó T-Đ khăn Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, đờng phân cách hai vùng dòng điện liên tục gián đoạn Biên giới vùng dòng điện gián đoạn liên tục có dạng đờng ellipse với trục trục toạ độ đặc tính cơ: IL e E ( )2 ( )2 1 p U 2m sin U 2m sin cos p p p DÔ dàng nhận thấy độ rộng vùng dòng điện gián đoạn giảm ta tăng giá trị điện cảm L tăng số pha chỉnh lu p Song tăng số xung p mạch lực chỉnh lu tăng độ phức tạp mạch điều khiển phức tạp Còn tăng trị số L dẫn tới làm xấu trình qúa độ (tăng thời gian độ) làm tăng trọng lợng, kích thớc hệ thống Biên giới đợc mô tả đờng cong nét đứt hình 4-3 4.2.3 Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động Ưu điểm bật hệ T-Đ độ tác động nhanh cao, không gây ồn dễ tự động hoá van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao Điều thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng đặc tính tĩnh đặc tính động hệ thống Hệ thống T-Đ có khả điều chỉnh trơn với phạm vi ®iỊu chØnh réng HƯ cã ®é tin cËy cao, qu¸n tính nhỏ, hiệu suất lớn Nhợc điểm chủ yêu hệ T-Đ van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ máy điện truyền động có công suất lớn làm xấu dạng điện áp nguồn lới xoay chiỊu HƯ sè c«ng st cos cđa hƯ nãi chung thấp điều chỉnh sâu 21 Tổng hợp hệ thống truyền động 4.3 Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động chiều (XAĐ) Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động chiều (XA-Đ) sử dụng điều chỉnh xung áp chiều, khoá điện tử đóng vai trò Bộ điều chỉnh xung điện áp chiều đợc sử dụng có sẵn nguồn chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đợc điện áp tải Các băm xung chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải cách chu kỳ theo số luật khác Phần tử thực nhiệm vụ van bán dẫn Song chúng làm việc mạch chiều nên dùng loại thyristor thông thờng không đợc khoá lại cách tự nhiên giai đoạn âm điện áp nguồn nh làm việc với nguồn xoay chiều Do đó, buộc phải có mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi "mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn thực tế Vì vậy, ta cố gắng sử dụng loại van điều khiển đóng ngắt nh transistor bipolar, MOSFET IGBT dải công suất mà van chịu đợc Riêng với mạch công suất lớn phải dùng thyristor Trong hệ truyền động điện, điều chỉnh xung áp chiều chủ yếu áp dụng cho động điện chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện ) Điều khiển U U đk ng Đ Hình 4-4 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động XA-Đ Nguyên tắc hệ truyền động XA-Đ thay đổi tốc độ động qua điện áp đặt vào phần ứng động chiều Điện áp điện áp XA tính theo giá trị trung bình : U = Ung, đó: U điện áp phần ứng động cơ,Ung điện áp chiều tt tt cần băm , hệ số lấp đầy xung: víi tt, tk lµ thêi gian T tt tk thông khoá khoá ®iƯn tư Do ®ã, ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, cần thay đổi hệ số XA Hệ số thay đổi phơng pháp: thay đổi tt, T hai 4.4 Hệ truyền động điện động không đồng dùng phơng pháp điều chỉnh tần số 4.4.1 Hệ truyền động điện động không đồng 22 Tổng hợp hệ thống truyền động Hình 8.6 Đặc tính độ hệ thống 38 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển thyristor 9.1 Nguyên lý mạch điều khiển Thyristor mở cho dòng điện chảy qua có điện áp dơng đặt anode xung áp dơng đặt vào cực điều khiển G Sau thyristor đà mở xung điều khiển không tác dụng, dòng điện chảy qua thông số mạch động lực định Mạch điều khiển có chức sau: - Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển phạm vi điều chỉnh ứng với nửa chu kỳ dơng điện áp đặt anode cathode thyristor - Tạo đợc xung điều khiển đủ ®iỊu kiƯn më ®ỵc thyristor (xung ®iỊu khiĨn thêng cã biên độ độ rộng xung xác định Cấu trúc mạch điều khiển thyristor đựoc trình bày hình 10.1 ucm - điện áp điều khiển, điện áp chiều; us - điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều biến thể nó, đồng với ®iƯn ¸p anode – cathode uAK cđa thyristor; B»ng c¸ch tác động vào ucm điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển, tức điều chỉnh góc điều khiển Điều khiển u cm us So sánh Đồng Phát xung Khuếch đại công suất Biến áp xung T Dao động Hình 9.1 Cấu trúc mạch điều khiển 9.2 Nguyên tắc điều khiển Để điều khiển vị trí xung nửa chu kỳ dơng điện áp đặt thyristor, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển arccos Theo nguyên tắc này, ta sử dụng hai điện áp: - Điện áp đồng us vợt tríc uAK = Umsint cđa thyristor mét gãc /2, us =Umcost - Điện áp điều khiển ucm điện áp chiều điều chỉnh đợc biên độ qua điều chỉnh tốc độ dòng điện R Ri 39 u AK Thiết kế mạch điều khiển Nếu đặt us vào cổng đảo ucm vào cổng không đảo khâu so sánh us = ucm ta nhận đợc xung mảnh đầu khâu lật trạng thái: ucm = Umcos Do ®ã = arccos ( ucm ) Um Nh vậy, điều chỉnh ucm từ trị số ucmmin đến ucmmax ta điều chỉnh đợc gãc ®iỊu khiĨn = (min max) u us u AK u cm 2 t H×nh 9.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos 10 Cấu trúc khối chức 10.1 Các ®iỊu chØnh R vµ Ri Bé ®iỊu chØnh lµ mét phần tử quan trọng hệ điều chỉnh tự động truyền động điện đảm bảo chất lợng động tĩnh hệ thống Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ: - Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ hệ - Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lợng động tĩnh hệ thống Trong hƯ thèng ta sư dơng hai bé ®iỊu chØnh: bé ®iỊu chØnh tû lƯ P dïng ®iỊu chØnh tèc độ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để điều chỉnh dòng điện Hàm truyền ®iỊu chØnh dßng ®iƯn: 1+0,0366 1+pR3(C +C k ) R i (p) = = 0,09727 p pRC Hµm trun cđa bé ®iỊu chØnh tèc ®é: R ω (p) =K p = R2 =126,97 R1 Chän R = K; R2 = ; R3 = ; C = F Để tạo mạch läc F, ta nèi thªm tơ Ck = 5F song song víi ®iƯn trë R3 40 ThiÕt kÕ mạch điều khiển R R u đ u R Bộ ®iÒu chØnh tèc ®é P u i® R ui R C K R C u ®k Bé ®iỊu chỉnh dòng điện PI Hình 10.1 Cấu trúc điều chỉnh R Ri 10.2 Sensor dòng điện Yêu cầu đặt đo dòng điện chiều điện áp chiều, việc đảm bảo độ xác, phải đảm bảo cách ly mạch lực mạch điều khiển Ta sử dụng phơng pháp biến điệu để truyền tín hiệu chiều từ sơ cấp sang thứ cấp có cách ly phần tử quang điện Trên hình 10.2 sơ đồ đo cách ly đại lợng chiều dùng phần tử bán dẫn quang điện Nó gồm mạch dao động xung tam giác đối xứng, mạch so sánh, mạch truyền xung mạch tích phân 41 Thiết kế mạch điều khiển 10.3 Sensor tốc độ Sử dụng máy phát tốc chiều T7/220 tốc độ định mức 3000vòng/phút công suất P = 23,2 W Chọn R = 10K; C = 10F R R § C FT t u Hình 10.3 Mạch đo tốc độ máy phát tốc chiều 10.4 Mạch hạn chế dòng Mạch hạn chế dòng dùng để hạn chế lợng đặt dòng điện hạn chế tín hiệu điều khiển Udk không vợt đỉnh điện áp so sánh U U1 U2 10K 10V U n 12V 1K U max 10V U 10K 10V víi Udk tức không lớn 10V Hình 10.4 Mạch hạn chế đặc tính khâu hạn chế 10.5 Khâu so sánh tín hiệu Khâu so sánh tín hiệu dùng khuếch đại thuật toán OA operation amplifier đây, ta so sánh tín hiệu đại lợng đồng với tín hiệu điện áp nguồn us tín hiệu đại lợng đặt tín hiệu điều khiển ucm Các điện áp us ucm với cực tính ngợc đợc đặt vào cổng đảo OA us R u cm R s ur cm R o H×nh 10.5 Mạch so sánh hai tín hiệu 10.6 Khâu tạo điện áp đồng Để điều chỉnh thyristor mở với góc , thờng cần đến hệ điện áp pha làm điện áp đồng Góc đợc tính từ giao điểm điện áp nguồn Vì vậy, hệ điện áp đồng phải vợt trớc hệ điện áp nguồn nuôi góc /3 Yêu cầu đợc thoả mÃn 42 Thiết kế mạch điều khiển cách dễ dàng sử dụng máy biến áp ba pha Sơ cấp có ba cuộn dây đấu Y lấy điện từ thứ cấp máy biến áp công suất Điểm trung tính, ký hiệu 0, đợc nối với điểm mạch điều khiển U 2a U 2b U 2c U 2a U 2c U s2 U s4 U 2b U s6 U s2 U s1 U s3 U s6 U s4 U s5 U s5 U s1 U s3 Hình 10.6 Tạo điện áp đồng cho chỉnh lu cầu ba pha 10.7 Khâu tạo điện áp nguồn cung cấp Nguồn điện áp chiều dùng mạch tạo xung điều khiển thờng nguồn điện áp ổn định trớc dao động bất thờng lới điện xoay chiều Vì vậy, phải sử dụng mạch ổn áp LM78L12 330 25V 330 330 25V 3 LM78L12 330 10 10 Hình 10.7 Nguồn điện ¸p mét chiỊu dïng vi m¹ch LM78L12 43 Thiết kế mạch điều khiển 10.8 Mạch dao động Sử dơng vi m¹ch TIMER 555 h·ng Signetics chÕ t¹o làm mạch phát xung chủ đạo với tần số xung 1kHz +V R cc R TIMER 555 C H×nh 10.8 Mạch dao động sử dụng vi mạch TIMER 555 10.9 Khâu khuếch đại xung biến áp xung Các xung điều khiển đợc băm nhỏ thành chùm xung để đảm bảo mở thyristor cách chắn đợc khuếch đại tới công suất đủ lớn Việc tạo chùm xung đợc thực cách đa xung điều khiển xung dao động từ dao động tới hai đầu vào mạch AND (trong trờng hợp ta sử dụng vi mạch LS7400) Các xung chùm có đợc lối cổng AND đợc khuếch đại gồm hai transistor đấu theo sơ đồ Darlington nhằm nâng cao hệ số khuếch đại dòng Cuối xung điều khiển đợc đa tới biến áp xung để tíi cùc ®iỊu khiĨn cđa thyristor Th +V D cc D R & D R R T T R 2 44 ThiÕt kÕ m¹ch điều khiển Hình 10.8 Sơ đồ khuếch đại xung biến áp xung 45 Thiết kế mạch điều khiển 11 Sơ đồ mạch điều khiển biểu đồ thời gian 11.1 Sơ đồ mạch điều khiển +12V 4,7 U si 10K U dk 1K AND 9,1K 10K 100 +12V 1,5K 555 1,5K 0,47F 46 Thiết kế mạch điều khiển 11.2 Biểu ®å thêi gian 10V U dk 10V 10V 47 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện mô hệ thống Simulink 12 Giới thiệu phần mềm Simulink Matlab chơng trình phần mềm trợ giúp cho việc tính toán hiển thị Nó chạy hầu hết loại máy tính đợc điều khiển số lợng lớn lệnh, tập lệnh Các lệnh ngày đợc mở rộng nhờ phần Toolbox (th viện trợ giúp) khác hay thông qua hàm ứng dụng đợc tạo lập ngời sử dụng Simulink Toolbox hỗ trợ đắc lực cho việc mô hình hoá, mô phân tích hệ thống động Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, mô hình thời gian liên tục, gián đoạn hay hệ kết hợp liên tục gián ®o¹n HƯ thèng cịng cã thĨ cã nhiỊu tèc ®é khác có nghĩa phần khác lấy mẫu cập nhật số liệu tốc độ khác Để mô hình hoá Simulink cung cấp giao diện đồ họa để xây dựng mô hình nh sơ đồ khối sử dụng thao tác drag and drop kéo thả chuột Với giao diện này, ta xây dựng mô hình nh xây dựng giấy Đây khác biệt phần mêm mô hệ thống trớc mà ngời sử dụng phải đa vào phơng trình vi phân phơng trình sai phân băng ngôn ngữ lập trình Việc lập trình Simulink sử dụng đối tợng đồ hoạ gọi Graphic Programming Unit GPU Nó đợc xây dựng sở ngôn ngữ lập trình OOP, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay đổi giá trị thuộc tính khối thành phần Loại hình lập trình có xu đợc sử dụng nhiều kỹ thuật u điểm lớn cảu tính trực quan, dễ viết hình dung ngời lập trình không chuyên nghiệp nh ngời không mn bá nhiỊu thêi gian cho viƯc nghiªn cøu thªm ngôn ngữ lập trình Th viện Simulink bao gồm toàn th viện khối nh khối nhận tín hiệu, nguồn tín hiệu, phần tử tuyến tính phi tuyến, đầu nối chuẩn Điều đặc biệt chơng trình ngời dùng tạo khối th viên riêng Các mô hình toán Simulink đợc xây dựng có thứ bậc hay gọi xây dựng theo mô hình phân cấp, điều cho phép ngời sử dụng xây dựng mô hình theo hớng pop-down pop-up Ngời dùng vừa quan sát hệ thống mức tổng quan, vừa đạt đợc mức độ cụ thể cách nháy kép vào khối xác định để xem xét chi tiết mô hình khối Với cách xây dựng kiểu này, ngời dùng hiểu đợc sâu sắc tổ chức mô hình tác động qua lại phần mô hình nh Sau xây dựng mô hình hệ thống, ngởi sử dụng mô Simulink cách nhập lƯnh cưa sỉ lƯnh cđa Matlab hc sư dơng menu có sẵn Việc sử dụng Menu đặc biệt thích hợp cho công việc có tác động qua lại lẫn nhau, sử dụng dòng lệnh thờng hay đợc sử dụng chạy loạt m« 48 M« pháng hƯ thèng b»ng Simulink Các Scope khối hiển thị khác cho phÐp ngêi sư dơng cã thĨ theo dâi kÕt chạy mô Hơn nữa, ngời sử dụng thay đổi thông số hệ thống cách trực tiếp nhận biết đợc ảnh hởng đến mô hình Kết mô đặt vào Matlab để xử lý đa máy in hiển thị Cần nhấn mạnh điều quan trọng việc mô hệ thống hay trình việc xây dựng đợc mô hình hệ thống, trình Để sử dụng tốt chơng trình này, ta cần nắm kiến thức điều khiển tự động, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm lý thuyết điều khiên tự động từ xây dựng mô hình toán cần giải 13 Mô hệ thống 13.1 Sơ đồ mô b»ng Simulink 49 M« pháng hƯ thèng b»ng Simulink 13.2 Kết mô Hình 13.1 Kết mô đặc tính dòng điện hệ thống Hình 13.3 Kết mô đặc tính tốc độ hệ thống 50 Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện kết luận Mặc dù lĩnh vực tơng đối hẹp nhng truyền động điện chiều luôn có vấn đề hấp dẫn phức tạp Vì vậy, đồ án tham vọng sâu vào tất vấn đề lĩnh vực Những kết đợc trình bày đồ án môn học kết bớc đầu việc khắm phá điều mẻ lĩnh vực đầy thú vị Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em đà thực đợc nhiệm vụ sau: Tìm hiểu công nghệ yêu cầu hệ thống quay chi tiết máy mài tròn Lựa chọn thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển bảo vệ hệ thống Tổng hợp hiệu chỉnh mạch vòng nối cấp hệ thống Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hƯ thèng M« pháng hƯ thèng b»ng Sinulink Trong trình thực hiện, chắn thân em tránh khỏi nững thiếu sót, em mong nhận đợc ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hớng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Văn Liễn, đà tận tình hớng dẫn cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu, tới tập thể Bộ môn Tự động hoá XNCN trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội bạn sinh viên đà tạo điều kiƯn nghiªn cøu tèt nhÊt st thêi gian thùc đồ án môn học Tổng hợp hệ điện tài liệu tham khảo Điều chỉnh tự động truyền động điện Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dơng Văn Nghi Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999 Truyền động điện Bùi Quóc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền NHà XUấT BảN Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998 Lý thuyết điều khiển tự động Phạm Công Ngô - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà nội 2000 Điện tử công suất – Ngun BÝnh – NXB Khoa häc kü tht Hµ Nội 2000 Điện tử công suất Điều khiển động điện Cyril W.Lander - Ngời dịch Lê Văn Doanh) NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1997 Kỹ thuật điện tử qua sơ đồ H.Schreiber Ngời dịch Lê Văn Doanh, Võ Thạch Sơn – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1997 51 Thiết kế hệ truyền động động quay chi tiết máy mài tròn Cơ sở Matlab ứng dụng Nguyễn Hữu Tình, Lê Tấn Hùng, Phạm Thị Ngọc Yến, Nguyễn Thị Lan Hơng NXB Khoa häc kü thuËt 1999 ChØnh lu thyristor dïng truyền động điện chiều Nguyễn Từ Sơn Luận văn cao học 1993 Cẩm nang Kỹ thuật điện Tự động hoá Tin học công nghiệp R.Buorgeois, P.Dalle, B.Maizieres, E.Esvan, E.Seuillot Ngời dịch Lê Văn Doanh – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1999 10.Electromechanical Design Handbook – Ronald A.Walsh – McGraw Hill 1995 52 ... đá mài, có trục với đá mài Cả hai ụ đặt bệ máy Máy mài công nghiệp Máy mài tròn Máy mài Máy mài tròn Máy mài cắt Máy mài mặt đầu Các loại khác Máy mài rÃnh Máy mài biên đá Máy mài tròn Máy mài. .. điểm công nghệ 1.1 Giới thiệu chung Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn máy mài phẳng Ngoài ra, có loại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rÃnh, máy mài cắt, máy mài Thờng máy mài có ụ... tâm Máy mài phẳng Hình 1-1 Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn máy mài tròn Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài tròn đợc biểu diễn hình 1-2 Đặc điểm công nghệ