Đề tài Thiết kế hệ truyền động cho động cơ quay chi tiết máy mài tròn

Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ Tên đề tài: Thiết kế hệ truyền động cho động cơ quay chi tiết mỏy mài trũn Thông số kỹ thuật: -Mô men cực đại 25[Nm] -Tốc độ quay chi tiết(n) 20á1000[vòng/phút] -Tỉ số truyền(l) 3 -Hiệu suất(h) 0,8 -Mô men quán tính cơ cấu(J) 0,008[kg/s2] Yêu cầu nội dung: -Các yêu cầu công nghệ và truyền động máy mài tròn. -Lựa chọn phương án truyền động.Tính chọn công suất động cơ -Xây dựng cấu trúc tổng hợp hệ. -Thiết kế mạch lực và mạch điều khiển. chương i yêu cầu về công nghệ và truyền động I.Tổng quan về máy mài: Trong sản xuất cơ khí cũng như trong các lĩnh vực sản xuất khác sản phẩm được tạo ra ở giai đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tuy nhiên để tạo ra sản phẩm cuối cùng cần phải tiến hành qua rất nhiều khâu, từ chổ là nguyên vật liệu cho đến sản phẩm thường được tiến hành liên tục theo một quy trình công nghệ nào đó hình thành một hệ thống gọi là dây chuyền sản xuất, tuỳ theo mức độ phức tạp của sản phẩm mà dây chuyền sản xuất cũng có độ phức tạp tương ứng.Trong sản xuất cơ khí thì mài thuộc giai đoạn gia công chi tiết để tạo ra một sản phẩm có bề mặt đạt các yêu cầu về kỹ thuật.Máy mài để gia công tinh với lượng dư bé, bề mặt trước khi mài đã được gia công thô hoặc tinh trên các máy khác(như máy tiện, phay, bào...) cũng như các loại máy chuyên để mài thô dùng trong phân xưởng chuẩn bị phôi với lượng dư hàng mm( mài các phôi thép đúc, vỏ hộp gang đúc...). Trên máy mài ta có thể mài được các mặt trụ ngoài, trong, mặt côn, mặt định hình, mài răng, ren, mài sắc và mài cắt.Mài đóng vai trò quan trọng trong gia công lần cuối nên được dùng rộng rãi trong các nhà máy và phân xưởng cơ khí. Hiện nay máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng ngoài ra còn có các loại máy mài khác nhau như: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng v.v...Thương trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên đó kẹp chi tiết và ụđá mài.Cả hai ụ đều đặt trên một bệ máy.Sơ đồ sau cho ta một mô hình tổng quan về máy mài. Trong đó máy mài tròn có hai loại:máy mài tròn ngoài (hình 1-1a), và máy mài tròn trong (Hình 1-1b). Ngoai ra ta cũng cần chú ý tới các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mài : Chọn đá mài : Để đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao năng suất khi chọn đá mài ta cần chú ý tới các điều sau : - Vật liệu mài Chất kết dính đá mài Độ cứng đá mài Kế cấu đá ... Nhữngđiều trên quy định trong công nghệ cắt. Chọn chế độ cắt : chọn chế độ mài là chon chế độ quay của đá tốc độ quay cua chi tiết lượng chạy dao ngang và chiều sâu cắt . Ví dụ như : Tốc độ quay của đá quá chậm sẽ tăng lực cắt chong mòn đá. Nếu tốc quá cao lực li tâm lớn sẽ gây gẫy trục vỡ đá ... - Tốc độ vật mài phụ thuộc vào yêu ccầu kĩ thuật độ bóng bề mặt gia công .Mài tinh hay mài thô tuỳ thuộc vào lượng chạy dao có tốc độ mài hơp lý. II.Đặc điểm truyền động của máy mài Một đặc điểm quan trọng trong hệ thống máy mài đó là hệ thống thực hiện nhiều truyền động cùng một lúc,đó là các truyền động: 1.1.Truyền động chính: Trên máy mài tròn truyền động chính là truyền động quay của đá mài, với vận tốc được tính theo biểu thức: (m/s). Trong đó: Dd -đường kính của đá mài. nd -số vòng quay trục chính mang đá(vòng/phút). Trong các truyền động của đá mài, thì truyền động quay đá mài có yêu cầu phải đảm bảo một tốc độ tương đối ổn định, do vậy trong các thiết kế người ta thường sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, tuy nhiên ở các máy mài nặng, để duy trì tốc độ cắt không đổi khi mòn đá hay khi kích thước gia công thay đổi thì người ta thường sử dụng động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D =2 á 4/1 với công suất là không đổi. ở đá mài trung bình và nhỏ tốc độ quay của đá mài v = 50 á 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì tốc độ quay đá vào khoảng 1000 v/p, ở những máy mài có đường kính nhỏ, tốc độ quay của đá rất cao.Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, với tốc độ vào khoảng (24000 á 48000) v/p, hoặc có thể lên tới (150000 á 200000) vg/ph.Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay), hoặc là các bộ biến tần tĩnh (BBT bằng thyristor). Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 á 20 % mômen định mức.Mômen quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 á 600% mômen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá.Không yêu cầu đảo chiều động cơ quay đá. 1.2.Truyền động ăn dao: ở máy mài tròn cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ(điều chỉnh số đôi cực p) với vùng điều chỉnh tốc độ D = (2 á 4 )/1.ở các máy cỡ lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi- động cơ điện một chiều (BBĐ-ĐM), hệ KĐT-ĐM có vùng điều chỉnh tốc độ D =10/1 với điều chỉnh điện áp phần ứng. Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ-ĐM với vùng điều chỉnh tốc độ D =(20 á 25)/1. Truyền động ăn dao ngang sử dụng máy thuỷ lực. 1.3.Truyền động phụ: Sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. 1.4.Truyền đọng quay chi tiết máy mài : Phạm vi điều chỉ tốc độ 8-50/1 Mở máy có tải mô men mở máy từ 150 -200% Mđm Mô men quán tính có thể lớn gấp 7-8 lần mô men quán tính trục động cơ. Do những đặc điểm trên đối với máy mài cỡ nặng người ta dùng động cơ điẹn 1 chiều (F-D hoặc T-D) .Còn đối với những máy mài cỡ nhỏ người ta dùng đọng cơ lồng xóc nhiều cấp tốc độ. chương iI lựa chọn phương án truyền động Sau khi đã nêu được các yêu cầu về công nghệ ta tiến hành lựa chọn phương án truyền động cho hệ thống, đây là khâu hết sức quan trọng trong thiết kế truyền động cho một hệ thống, mọi chỉ tiêu chất lượng về kinh tế, kỹ thuật được đánh giá rất cao ở phần này.Lựa chọn phương án truyền động tức là ta phải xác định được loại động cơ thực hiện, cũng như phương án truyền động. Để lựa chọn được phương án truyền động phù hợp với yêu cầu cộng nghệ đặt ra ta phải tiến hành phân tích kỹ những tính năng cũng như nhữngđặc tính kỹ thuật của cơ cấu sản xuất và đặc điểm truyền động của từng phương án tương ứng với mỗi loại động cơ nhất định từ đó có quyết định lựa chọn được phương án truyền động phù hợp với yêu cầu đặt ra về mặt kỹ thuật cũng như tối ưu về mặt kinh tế. I.Đặc điểm chuyển động quay chi tiết máy mài tròn. Trong truyền động máy mài tròn thì truyền động quay chi tiết có những đặc điểm sau: -Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu khoảng (8 á 25)/1. -Khi mở máy có tải:Mômen mở máy có thể bằng (150 á 200)% momen định mức. -Momen quán tính của hệ thống có thể lớn gấp 7 á 8 lần momen định mức của roto động cơ. Trong thiết kế lựa chọn phương án sử dụng một động cơ để truyền lực cho một cơ cấu sản xuất thì một trong các yêu cầu là đặc tính cơ của động cơ càng gần đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất thì càng tốt vì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi momen cản thay đổi. Trong truyền động, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng biểu thức kinh nghiệm sau: Trong đó: Mc-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở một tốc độ nào đó. Mco-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở tốc độ w =0 Mcđm-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở tốc độ w =wđm k- Số mũ đặc trưng cho phụ tải, k Với cơ cấu ăn dao trong truyền động của máy mài thì hệ số tải k = 0, do đó phương trình đặc tính cơ được viết như sau: Mc =Mcđm =const Như vậy căn cứ vào đặc điểm trên trong truyền động quay chi tiết máy mài thì động cơ được sử dụng là động cơ điện một chiều.Xét về về phương diện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều tỏ ra có rất nhiều ưu việt so với các động cơ khác thứ nhất đó là sự đơn giản trong thiết kế về cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển, thứ nữa đó là độ chính xác và chất lượng điều khiển có thể đạt được rất cao và giá thành có thể chấp nhận được. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều theo hai vùng Từ đặc điểm cấu tạo của động cơ điện một chiều, thực tế hiện nay phổ biến có 2 phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đó là: 1-Điều chỉnh kế tiếp : Trong vùng w < wo thì điều chỉnh điện áp trong khi giữ từ thông không đổi. Trong vùng w > wo thì điều chỉnh từ thông trong khi giữ điện áp không đổi. Cách nay được sử dụng rộng rãi trong các máy CNC gia công cắt gọt kim loại . Hình vẽ sau mô tả hai quá trình trên: 2-Điều chỉnh đồng thời: Điều chỉnh đồng thời cả điện áp lẫn từ thông trong khi dong điện được giữ không đổi . Quá trình nay đòi hỏi điều khiển rất khó khăn nhưng bu lại có một ưu điểm rất lớn dong điện được giữ không đổi nên mômen ổn định Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, tính chất của quá trình công nghệ mà ta có thể chọn một trong hai phương pháp nêu trên.Về cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, bộ biến đổi có chức năng điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ tuỳ thuộc và phương pháp điều khiển.Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ biến đổi chính: -Bộ biến đổi máy điện gồm:Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy điện khuếch đại(MĐKĐ). -Bộ biến đổi điện từ:Khuếch đại từ(KĐT). -Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn:Chỉnh lưu thysistor(CLT). -Bộ biến đổi xung áp một chiều:thysistor hoặc transistor(BBĐXA) Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động như: -Hệ truyền động máy phát-động cơ(F-Đ). -Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ(MĐKĐ-Đ). -Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ(KĐT-Đ). -Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor- động cơ(T-Đ). -Hệ truyền động xung áp-động cơ(XA-Đ). Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín(ta có hệ truyền động điều chỉnh tự động) và có loại điều khiển theo mạch hở(hệ truyền động điều khiển “hở”).Hệ truyền động điều chỉnh tự động có cấu trúc phức tạp, nhưng có chất lượng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng so với hệ điều chỉnh “hở”. Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay.Đồng thời tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở một góc phần tư, hai góc phần tư và 4 góc phần tư. II.Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. 1.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng. Trong phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, bộ biến đổi cung cấp điện áp cho mạch phần ứng.Vì nguồn có công suất hữu hạn nên các bộ biến đổi có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không. Hình 2-2 là sơ độ thay thế nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện một chiều, trong đó thành phần Eb(Uđk) được tạo ra bởi bộ biến đổi và phụ thuộc vào Uđk. Trong chế độ xác lập ta có các phương trình đặc tính như sau: * Nhận xét : 1.Vì từ thông động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng được giữ không đổi, còn tốc độ không tải tuỳ thuộc vào điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này có độ cứngđạt được rất tối ưu. 2.Từ các phương trình trên ta có thể tính được phạm vi điều chỉnh tốc độ của phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, giữ từ thông không đổi. Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị w0max,Mđm,kM là xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng b.Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều khiển thì tổng trở mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ, do đó có thể tính sơ bộ được. w0max.|b|.Mđm ≤ 10 Vì thế với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt quá 10.Do vậy với hệ truyền động đòi hỏi phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn thì ta không thể sử dụng các hệ thống hở như trên. 2.Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ: Khi thực hiện điều chỉnh tốc độ theo nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ tức là ta điều chỉnh dòng điện kích từ của động cơ và trong trường hợp này điện áp phần ứng được giữ không đổi, điều chỉnh dòng kích từ tức là điều chỉnh momen điện từ động cơ M = KfIư và sức điện động quay của động cơ Eư =kfw.Ta có phương trình Trong đó: rk-điện trở dây quấn kích từ. rb-điện trở nguồn điện áp kích thích. w-số vòng dây của cuộn dây kích thích, Trong chế độ xác lập thì: . * Nhận xét : 1.Với phương pháp điều chỉnh từ thông động cơ thì cho ta có thể thay đổi được tốc độ không tải với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ bản(đặc tính cơ tự nhiên), tuy nhiên tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp. 2.Khi điều chỉnh giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ thì ta thấy độ cứng của đặc tính cơ giảm rõ rệt, do vậy với những cơ cấu yêu cầu độ cứng điều chỉnh cao thì phương pháp này gặp phải khó khăn. * Kết luận : Căn cứ vào đặc điểm truyền động quay chi tiết máy mài tròn, căn cứ vào phương pháp truyền động yêu cầu, căn cứ vào động cơ sử dụng cho truyền động và các tính chất của các phương pháp điều chỉnh tốc độ, để thiết kế hệ truyền động cho động có quay chi tiết máy mài tròn ở đây ta sử dụng động cơ một chiều điều chỉnh điện áp phần ứng giữ từ thông không đổi . Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau: Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ). Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ T-Đ). Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ). Trong truyền động chi tiết máy mài không ai sử dụng F-D làm hệ truyền động do phừc tạp gây ồn giá thanh lắp đặt cao .hệ F-D dùng cho hệ công suất khá lớn dải đièu chỉnh rộng đòi hỏi yeu cầu cao. Điều chỉnh xung áp mômen tới hạn lớn làm việc nhịp nhàng ở góc nhần tư thứ 1 ,3 rất phù hợp cho cơ cấu nâng hạ . Hiệu suất sẽ rất nhỏ khi dải điều chỉnh lớn,an toàn tin cậy kém tồn tại trong sách vở nhiều hởn trong thực tế . Không nên sử dụng trong truyền động quay chi tiết máy mài có dải điều chinh rất lớn.Cũng có thể sử dụng biến tần trong hệ truyền đọnh này. Nhưng đối với hệ công suất nhỏ này sử dụng chỉnh lưu T-D đơn giản hiệu quả tin cậy hơn cả . ở đây theo yêu cầu thiết kế ta nên sử dụng phương pháp chỉnh lưu điều khiển thyristor-động cơ một chiều. ị Quyết định sử dụng hệ truyền động T-Đ không đảo chiều điều khiển máy mài theo nguyên tắc điều khiển điện áp phần ứng động cơ điện .Điều này rất thuận tiện trong các truyền động có mô men tải không đổi . 3.Hệ thống chỉnh lưu-động cơ điện một chiều: Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor. Đặc tính cơ của hệ T-Đ Hệ truyền động T_Đ tuỳ theo công việc cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ cụ thể thích hợp . Người ta phân biệt chúng căn cứ vào dấu hiệu sau: Số pha Sơ đồ nối Số nhịp Khoảng điều chỉnh Chế độ làm việc Tính chất dòng tải Đối với hệ truyền động trong thiết kế này do không yêu cầu đảo chiều đồng thời công suất toàn hệ là nhỏ nên đặc tính cơ của hệ có những chú ý sau. Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor. Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E). Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên tục: Độ cứng của đặc tính cơ là trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ Rư và điện trở các phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ). Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển a: . Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng này chỉ là giao điểm cảu trục tung với đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính là lớn hơn. Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường hợp này như trên hình 4-3 khi điều chỉnh ở vùng dưới tốc độ định mức. Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển a càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm. Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ do góc điều chỉ lớn các đặc tính cơ có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn. Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường ellip với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ: Về bản chất chế độ dòng điện gián đoạn xảy ra do năng lượng điện tích luỹ trong mạch không đủ lớn để du trì tính chất liên tục của dòng điện khi nó giảm lúc này góc dẫn của van sẽ nhỏ hơn 2ế/p ( p là số xung trong 1 chu kì ) .Tỏng trường hợp giữ nguyên góc điều khiển a nếu tốc độ quay còn quá cao sức điện động luc này lớn góc dẫn l sẽ tự động giảm làm quá trình gián đoạn tăng .Tại thời điểm dòng điện I=0 mô men điện từ động cơ M=0 là giảm tốc động cơ .Tốc độ giảm đồng nghĩa với việc E giảm góc dẫn l tự động tăng làm giảm quá trình gián đoạn trong mạch .Vì lý do đó mà đặc tính cơ của hệ T-Đ rất dốc trong vùng dòng điện gián đoạn . Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p. Song khi tăng số xung p thì mạch lực chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới này được mô tả bởi đường cong nét đứt trên hình 4-3. b. Đặc điểm của hệ T-Đ: Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là điều chỉnh tốc độ êm, phạm vi điều chỉnh lớn, có thể mở máy và hãm máy liên tục ở dải công suất trung bình, ngoài ra nó còn có độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn. Nhược điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn là phần tử phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cosj của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu Chương III : Thiết kế mạch lực I.Tính chọn công suất động cơ: 1.Các thông số động cơ: Theo yêu cầu kỹ thuật của đề bài ta phải thiết kế hệ truyền động với động cơ có các thông số kỹ thuật sau: Mômen cực đại (Mmax): 25[Nm] Tốc độ quay chi tiết (n): 20 á1000 [Vòng/phút] Tỷ số truyền (i): 3 Hiệu suất (h): 0,85 - Mômen quán tính cơ cấu (J): 0,008 [kgm2] 2.Tính chọn công suất động cơ: a.Tính chọn công suất: Trong một hệ thống truyền động thì thành phần quan trọng nhất là động cơ truyền động, nó là nguồn động lực cho hệ thống, chất lượng làm việc của hệ thống cả về mặt kinh tế và kỹ thuật phụ thuộc rất mạch mẽ vào động cơ được chọn truyền động và nhiều khi nó còn ảnh hưởng đến sự hoạt động chung của các hệ thống khác.Động cơ được chọn phải yêu cầu đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật sau: -Động cơ phải có đủ công suất để có thể thực hiện được yêu cầu của truyền động. -Có tốc độ, phạm vi điều chỉnh tốc độ phù hợp yêu cầu với một phương án truyền động tương ứng. -Thoả mãn các yêu cầu về mở máy và hãm động cơ. Ngoài ra còn một số yêu cầu khác như phù hợp với nguồn điện năng tiêu thụ cũng như thích hợp với điều kiện làm việc, tính gọn nhẹ trong sử dụng v.v... Theo số liệu đầu bài, ta có: -Tốc độ lớn nhất cho phép: wmax = i. wcmax = i.=3. = 314 (rad/s) hay nmax= 3000(vg/ph) -Tốc độ nhỏ nhất cho phép: wmin = i. wcmin = i.=3. = 6,28 (rad/s) hay nmin= 60(vòng/phút) -Dải điều chỉnh tốc độ: =50:1 Hiệu suất h=0.85. Ta tính được công suất động cơ Pdc=(Mctmax. wctmax)/ h=25.1000/(9,55.0,8)=3,27[kW] Udc=220V Như trình bày ở chương 2 để thực hiện truyền động ta sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập, do vậy động cơ được chọn phải có công suất đáp ứng được yêu cầu truyền động với công suất 3.27 kw.Căn cứ vào số liều đó ta chọn được động cơ loại P31 của Liên Xô có các thông số kỹ thuật sau: Loại Pđm [kW] N [v/ph] I [A] Rư+rp [W] Rcks [W] F [mVb] Ikt [A] J [kgm2] 2p P31 3,2 3000 17.5 0,642 285 5,7 0,62 0,09 2 Từ các thông số của động cơ ta tính được hiệu suất của động cơ là: b.Tính toán các thông số của động cơ: 1. Điện cảm phần ứng: Lư =0,0236(H) = 23,6 (mH) trong đó kL là hệ số lấy giá trị 5,5 á 5,7 đối với máy không bù và kL= 1,4 á 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực. 2. Từ đặc tính cơ ta rút ra được : kFđm = 0,666 3. Mômen quán tính: J = Jđ + Jc = 0,09 + 0,006 = 0,096 (kg.m2) 4. Hằng số thời gian mạch phần ứng: Tư =0,0367 (s) 5. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = 330 – 1,45M 6. Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: = 330 – 0,96Iư II.Thiết kế mạch lực: 1.Giới thiệu các sơ đồ chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều để ứng dụng cho các phụ tải yêu cầu sử dụng nguồn một chiều.Tuy nhiên chất lượng điện áp sau khi chỉnh lưu không được tốt như điện áp của ácquy mà có độ đập mạch do ảnh hưởng của sóng hài điện áp.Chất lượng đầu ra của bộ chỉnh lưu phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ chỉnh lưu.Hiện nay trong điện tử công suất người ta sử dụng các loại sơ đồ chỉnh lưu sau. ỉSơ đồ chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ. ỉSơ đồ chỉnh lưu hai pha nửa chu kỳ. ỉSơ đồ chỉnh lưu ba pha hình tia. ỉSơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha... Công suất hệ truyền động là nhỏ do đó không cần sử dụng sơ đồ chỉnh lưu 3 pha chỉ cần sử dụng các bộ chỉ lưu cầu 1 pha có thể đáp ứng được yêu cầu truyền động . Dồng thời sử dụng bộ chỉnh lưu 1 pha điều khiển ở đây còn đáp ứng được chỉ tiêu kinh tế mạch lực mạch điều khiển đơn giản hoạt động nhịp nhàng tin cậy ị Quyết định sử dụng bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển . 2.Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển Nguồn cấp cho mạch kích từ : Đối với mạch kích từ của động cơ kích từ độc lập trọng hệ truyền động điều chỉnh điện áp phần ứng đơn giản nhất nên sử dụng mạch kích chỉnh lưu 1pha không điều khiển, có sơ đồ nguyên lý như sau: Công thức tính trị trung bình áp sau chỉnh lưu là: Theo kết quả ở trên ta thấy: -Điện áp sau khi chỉnh lưu:Ud = 0,9 .220 = 198 (V) Do bộ lọc LC có tác dụng triệt tiêu các sóng hài và không ảnh hưởng tới thành phần không đổi,do đó dòng điện trung bình trước và sau khi lọc không thay đổi. Điện áp đầu ra có độ đập mạch rất lớn động thòi giá trịđiện áp ra có giá trị nhỏ hơn mong muốn . Do vạy,ta cần tính toán tụ lọc nhằm hai mục đích : - Điện áp kích từ ổn định dẫn đến từ thông máy điện ổn định. - Nâng được điện áp lên tói giá trị mong muốn 220 V để không cần thiết kế máy biến áp cho mạch kích từ. Ưu điểm nổi bật nhất của mạch lực không sử dụng biến áp là thiết kế gọn gàng ,kích thước nhỏ và giảm đáng kể được giá thành và chi phí lắp đặt. Tính toán mạch lọc RC như sau : Tụ điện tích luỹ năng lượng trong khi điênáp nguồn còn lớn hơn điện áp trên tụ và giải phóng khi điện áp nguồn suy giảm.Giả thiết tụ điện phong nap tuyến tính Khi đó giá trị trung bình điện áp ra bộ chỉnh lưu sẽ tăng bằng phần thêm trong quá trinh nạp . Giá trị trung bình điện áp được tính như sau. Cần thiết nâng điện áp từ 198 V lên 220 V hay DU = 22 V tính tích phân trên ta có thể suy ra giá trị DU = 51V. Độ đập mạch điện áp ra sau khi qua tụ lọc như sau : Với độ đập mạch như trên giá tri điện áp ra trên chỉnh lưu là 220 V có thể cấp cho mạch kích từ . Tải có điện trở R = 285 W áp dụng công thức ta có : Trong đó m là số xung áp trong một chu kì . Giải phương trình trên ta có : C =200mF. Cần một tụ lọc 200mF cho mạch cấp điện cho kích từ. qTính chọn điốt: Từ đồ thị điện áp ta ính được các thông số sau : Điện áp đặt lên van chỉnh lưu : 220.1,4 = 311 V Dong điện trung bình van max : 0,62 A Chế độ làm mát với cánh tản nhiệt chuẩn ta có : ỉHệ số an toàn về dòng điện là ki =1/0,3 ỉHệ số an toàn về điện áp là ku =1,5. Từ đó điôt phải chọn có thông số thoã mãn: U=1,5.311 =444(V) I=0,62.1/0,3 =2,1(A). Tra bảng ta chọn được 4 điôt loại : 1N5405 có các thông số sau: IMAX(A) UN(V) Iđinh (A) DU(V) Tcp(0C) 1N5405 3 500 40 1 150 b. Thiết kế bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor : Có hai sơ đồ chỉnh lưu câu một pha khộng đối xứng được đề cập tới sau : Hai sơ đồ chỉnh lưu không đối xứng trên có các đặc điểm cơ bản giống nhau và khác nhau như sau : Cả hai sơ đồ trên đều có giá trị điện áp chỉnh lưu : Giá trị Ungmax Đặt lêncác van là như nhau Ungmax = 1,4.U2 Hệ số cosj như nhau Dong