Nội dung

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao II. Các số liệu ban đầu: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: Uđm = 220v , Pđm = 2,7 Kw, dđm = 1500V/ph, PO = 4% Pđm, ηđm = 0,86. Lưới đơn xoay chiều 220/380V - 50Hz Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000 Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%. III. Nội dung các thuyết minh và tính toán; 1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor 3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực 4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở 5/ Thiết kế mạch điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu moodul. IV. Các bản vẽ đồ thị: 05 bản vẽ Ao PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620, TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO -1- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP I. KHÁI NIỆM Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại. II. MÁY DOA NGANG Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính xác và độ bóng cao. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng của máy được mô tả như sau: Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bộ máy. Ụ trục chính có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phương ngang. -2- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. III. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY DOA 1.. Truyền động chính: Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. 2.. Truyền động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động. PHẦN II - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU. I. KHÁI NIỆM CHUNG: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện, tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục động điện. -3- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay động cơ, người ta xây dựng nên đặc tính ω = f (M) gọi là đặc tính cơ. II. - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: Từ sơ đồ này ta có phương trình cân bằng Uư điện áp của mạch phần ứng: Uư = Eư + RưIư U (1-1) Uư : Điện áp phần ứng (V) KT Eư : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1 Rư : Điện trở của mạch phần ứng (Ω) Sức điện động Eư được xác định bởi biểu thức : Eu = pN Φω = KΦω 2πa (1-2) Trong đó: P: Số đôi cực N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng Φ: Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb) ω: Tốc độ góc (rad/s) K= pN 2πa hệ số cấu tạo động cơ Từ (1-1) và (1-2) ta có ω= U u − Ru I u KΦ (1-3) Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định theo công thức: Mđt = KΦ Iư (1-4) Từ đó ta có Mđt Iư = KΦ Thay vào (1-3 ) ta được: ω= Uư RưMđt KΦ - (KΦ)2 (1-5) Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ -4- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Uư ω= KΦ Rư - (KΦ)2 M (1-6) Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Đồ thị của phương trình (1-6) - ω ωO Cắt trục hoành tại Uư Mnm = Rư - Δω KΦ Cắt trục tung tại Mnm Uư ωO = - KΦ Hình 2 Độ dốc của đường đặc tính: Rư M Δω = (KΦ)2 ωO : Tốc độ không tải lý tưởng Δω: III. Độ sụt tốc CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau: * Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và thường được tính theo %: ωđ - ω s% = Trong đó: * Độ trơn: ϒ= Trong đó: 100% ωđ ωđ : Tốc độ đặt ω : Tốc độ làm việc thực Được định nghĩa: ωi + 1 ωi ωi + 1: ωi : Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1) Giá trị tốc độ ổn định đạt được ơ cấp i * Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho: ωmax ω D= ω min Dải điều chỉnh căn cứ vào Mđm và Mnm -5- TN M THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và M đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến Mđm Mnm=(1,5-2)Mđm Hình 3 2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập: * Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng Nguyên lý: Chúng ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng Rf Ư lên → thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) Phương trình cơ bản Uư (Rư + Rf) ω = KΦ - (KΦ)2 ω = ωO - Δω M K1 KT Hình 4 ω K2 ωđm TN ω1 ω2 Rf1 Ta thấy khi chưa có Rf tốc độ ω lànm tốc độ định mức tương ứng với đường ĐTC tự nhiên. Khi thêm Rf1 đường ĐTC M chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêmnmRf2 chận dưới tại ωnm và chặn trên tại ωđm Rf1+Rf2 Hình 5 M ĐTC càng dốc. Nó bị Phương pháp này ωO không đổi, Δω được thay đổi liên tục. Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp → đặc tính và tốc độ nhảy cấp. * Ưu, nhược điểm: Ta thấy: Công suất nhận từ lưới UưIđc = Mω + (Rư + Rf)I2đc = Mω + RưI2đc +ΔPf -6- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - Khi thấy Rf càng tăng → ΔRf tăng → tổn hao điện trở phụ lơn → tính kinh tế không cao - Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện nay không sử dụng phương pháp này * Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ: Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điều khiển từ thông của động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ M = KΦ.Iư Và sức điện động quay của động cơ: Eư = KΦω Φ: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm Φ bằng cách thêm điện trở. + Hiện nay cuộn dây kích từ được cấp I Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay E đổi ta thay đổi dòng kích từ IKT tỉ lệ với Φ ek Ik = rb + rk dΦ + ωk dt Wk rk rbk Ik Trong đó: rb: Điện trở dây quấn kích thích rb : Điện trở nguồn điện áp kích thích. ωk: Số vòng dây quấn của dòng kích thích. Hình 6 Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ định mức. Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức: ω ω ωmax φ2 ĐT cơ bản M φ1 φđm ĐT cơ tự nhiên Mdm M -7- I THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP (KΦ)2 βΦ = Kư hay β*Φ = (Φ*)2 → kết quả ta có điện tích cảm ứng Ikωk Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cầu của máy điện Φ = C.ik = * C ⋅ Ck rb + rk Lk(Uđk Φ) Φ Hình 8 Đánh giá: - Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ÷ 3) ωđm, lý thuyết có thể tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi. - Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự nhiên → sai số nhiều hơn - Độ trơn: ϕ : Φ được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiển liên tục bởi đường kích từ chỉ chiếm (2÷5)%I. - Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển tốc độ động cơ bằng Φ chỉ áp dụng loại có tải P không đổi. * Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng: Nguyên lý: Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (Uư) động cơ điện một chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ biến đổi, v..v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi Uđk. Các bộ phận có Rb và Lb. Hình 9 LK Uđk BBĐ Đ Eb(Uđk) Sơ đồ khối Rưđ Rb U Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập Eư ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau: Eb - Eư = Iư(Rb + Rưđ) ω= - Iư -8- THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Eb KΦđư Rb + Rưđ KΦđư ω = ωO(Uđk) - M ⎪β⎪ Vì từ thông của động cơ được giữ nguyên không đổi nên độ cảm ứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để. Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là : Mđm ⎪β⎪ Mđm ωmax = ωOmax ωmin = ωOmin - ⎪β⎪ Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh phải có momen ngắn mạch là: Mnmin = Mc max = KM.Mđm Trong đó KM là hệ số quá tải về moomen Vì đặc tính là những đường song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng điều khiển có thể viết ωmin = (Mnmmin - Mđm) ωOmax - D= 1 ⎪β⎪ Mđm ⎪β⎪ (KM - 1).Mđm/⎪β⎪ = = Mđm ⎪β⎪ (KM - 1 ) ωOmax. ⎪β⎪ -1 Mđm KM - 1 ω ωOmax ωmax ωđk1 ωOmin ωmin ωđk i Mđm -9- Mnmmin M,I THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Hình 10 Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép. Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là: ωOmin - ωmin s= ωOmin Δω Mđm = ωOmin s = ⎪β⎪ . ωOmin ≤ϕ Nếu các giá trị Mđm, ωOmin, sCD là xác định thì có thể tính được giá trị tối thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích được giữ nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không đổi MC = KΦđm.Iđm = Mđm Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đường thẳng ω=ωđm, M=Mđm và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng là tổn hao trong mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ. Eb = Eư + Iư ( Rb + Rưđ) IưEb= Iư Eư + I2ư ( Rb + Rưđ) Nếu đặt Rb + Rưđ = R thì hệ số biến đổi năng lượng của hệ sẽ là: ω Iư E ư ηư = I E + I2 R = ω + [ MR/(KΦ )2] ư ư ư đm ω ω 1 x=0 x=-1 * Nhận xét: M Hình 11 1 - Giải điều khiển có thể đạt 5 ÷ 10, nếu đường đặc tính càng dốc thì giải điều khiển càng phức tạp. - Bộ biến đổi có điện trở càng lớn thì sai số càng nhiều. - 10 - ηư