Đề tài Xây dựng cấu trúc điều khiển của máy mài tròn

Chương i: đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của máy mài tròn . 1. Đặc điểm công nghệ 1.1. Giới thiệu chung Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra, còn có các loại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng... Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy. Hình 1-1. Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong. Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài tròn được biểu diễn trên hình 1-2. Hình 1-2. Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn Các dạng chuyển động trong máy mài tròn gồm có: - Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài. - Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá ăn dao theo hường dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc theo hướng ngang trục (ăn dao ngang), hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng). - Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết... 2. Yêu cầu truyền động điện máy mài tròn 2.1. Truyền động chính Thông thường truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. ở máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt không đổi khi mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=2 á 4/1 với công suất không đổi. ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 á 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì tốc độ quay của đá khoảng 1000 vòng/phút. ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ 24000 á 48000 vòng/phút hoặc có thể lên tới 150000 á 200000 vòng/phút, đá mài gắn trên trục động cơ. Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao - biến tần quay hoặc là các bộ biến tần tĩnh - biến tần thyristor. Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 á 20% mômen định mức. Mômen quá 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 và không yêu cầu đảo chiều quay động cơ quay đá. 2.2. Truyền động ăn dao ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 á 4)/1. ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi - động cơ điện một chiều (BBĐ - ĐM), hệ KĐT - ĐM có D = 10/1 với phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng. Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM với dải điều chỉnh tốc độ D = (20 á 25)/1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực. 2.3. Truyền động phụ Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. 2. Đặc tính cơ của máy mài Đặc tính của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng phương trình: trong đó: Mco - Mômen ứng với tốc độ w=0 Mdm - Mômen ứng với tốc độ định mức wdm Mc - Mômen ứng với tốc độ w q - số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy mài nói riêng và máy cắt gọt kim loại nói chung, q thường nhận hai giá trị q=1 (ứng với truyền động chính và P = const) và q=0 (ứng với truyền động ăn dao Mc = Mđm = const). Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ được cố định theo một quy luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên. Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P = const) khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngược với tốc độ . Như vậy, ở tốc độ thấp, mômen có thể lớn nên kích thước các bộ phận cơ khí phải chọn lớn lên, điều đó không có lợi. Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ thấp chỉ dùng cho các chế độ làm việc nhẹ (Fz và Pz nhỏ). Vì vậy, ở vùng tốc độ thấp, người ta giữ mômen không đổi còn công suất thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ. Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên, ở vùng tốc độ thấp, lượng ăn dao s nhỏ, lực cắt Fz bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn t. Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng giảm theo. ở vùng tốc độ cao, tương ứng với tốc độ vz của truyền động chính cũng phải lớn, nếu giữ Fad lớn như cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn. Do đó, cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, mômen truyền động ăn dao cũng giảm theo. Hình 3-1. Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài Hình 3-2. Quan hệ M(w) và P(w) của động cơ một chiều kích từ độc lập Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của nó giống đặc tính cơ của máy. Khi đó, động cơ được sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải ở mọi tốc độ. Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt được các chỉ tiêu năng lượng cao. Nói cách khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thước nhỏ nhất cho máy. Đặc tính điều chỉnh của truyền động điện là quan hệ giữa công suất hoặc mômen của động cơ với tốc độ. Với động cơ một chiều kích từ độc lập, khi điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông máy không đổi ta sẽ có: M = kFIu = const; P = Mw º w Khi điều chỉnh từ thống, giữ điện áp phần ứng không đổi thì M = kFIu º ; P = Mw = const Kết hợp cả hai phương pháp điều chỉnh, ta có đồ thị như hình 3-2. Đặc tính điều chỉnh ở vùng này có dạng giống đặc tính cơ của truyền động chính. Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng một hệ thống truyền động điện là độ ổn định tốc độ Dw%. Đường đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao. Nói chung, truyền động ăn dao yêu cầu Dw% Ê (5 á 10)% còn truyền động chính yêu cầu Dw% Ê (5 á 15)%. CHƯƠNG ii : thiết kế Và TíNH TOáN MạCH LựC CủA Hệ TRUYềN ĐộNG A> Các phương án truyền động Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của máy mài tròn và nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, 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). - Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phương pháp điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ). I> Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 1> Cấu trúc hệ F-Đ Hệ thống máy phát - động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Hình 4-1. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ. Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên hình 4-1. Động cơ Đ truyền động quay chi tiết của máy mài M được cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát iKF thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên. 2>Đặc điểm của hệ F-Đ Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tương tự như các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ. Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác như các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng. II> Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều Tốc độ động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các bộ chỉnh lưu là điều khiển được. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor được sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những tính chất ưu việt: gọn nhẹ, tổn hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển a). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ...). Các bộ chỉnh lưu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ). 1> Cấu trúc hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ) 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. 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). Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ. 2> Đặc tính cơ của hệ T-Đ 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 cuả 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. Hình 4-3. Đặc tính cơ hệ T-Đ. 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 thì 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 ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ: 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. 3> Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là 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 có tính 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. III> Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải. Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại thyristor thông thường nó không được khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn như khi làm việc với nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt như transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu được. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor. Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện...). t T UBE t t t t Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Sơ đồ nguyên lý một bộ băm xung áp một chiều Trong khoảng thời gian 0 -t cho van mở ,toàn bộ đIện áp nguồn được đưa ra tải.Còn khoảng còn lại t - T cho van khoá , cắt nguồn khỏi tải. Lúc đó ta có : Ud =tUL/T = gUL trong đó: UL là điện áp một chiều cần băm,Udk là điện áp điều khiển van , g là hệ số lấp đầy xung: với tt, tk là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử. Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, cần thay đổi hệ số g của bộ XA. *> Các phương pháp điều chỉnh điện áp Ud : Phương pháp độ rộng xung: T=Const ; t0= var . Phương pháp xung tần : T = var ; t0 = Const. Phương pháp xung – thời gian : T= var ; t0= var . Lựa chọn phương án truyền động Từ các phương án truyền động đã giới thiệu trên tôi thấy mỗi phương án đều có ưu điểm và nhược điểm riêng . Ngày nay động cơ không đồng bộ được sử dụng rất phổ biến bởi vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha, nhưng về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Chính vì vậy, trong hệ truyền động dùng cho máy mài này em sẽ sử dụng động cơ một chiều làm động cơ truyền động . Mặt khác do trong bản thiết kế này, yêu cầu về công suất truyền động không cao nên em sử dụng phương pháp băm xung sử dụng Tranzitor. Sở dĩ em lựa chọn phương án này bởi vì nó có thể bù dắp được những nhược điểm của hệ(T-Đ), phương pháp băm xung điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nên không gây tổn thất phụ do đó hiệu suất của phương pháp này là rất cao, mặt khác phương pháp này sử dụng tranzitor nên rất kinh tế vì việc điều khiển đóng mở tranzitor đơn giản hơn nhiều so với Thyristor, do đó mạch điều khiển cũng sẽ đơn giản hơn Như vậy ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động Động cơ một chiều dùng phương pháp băm xung. b > Lựa chọn sơ đồ băm xung cụ thể Đối với phương pháp băm xung tuỳ thuộc vào tải và công suất của nó ta có các sơ đồ băm xung cụ thể sau : 1 . Sơ đồ băm xung có van mắc nối tiếp : Sơ đô này có ưu điểm là đơn giản ,kinh tế nhưng có nhược điểm là có tồn tại chế độ dòng gián đoạn làm giảm chất lượng của hệ thống , nó chỉ phù hợp với tải đủ lớn . 2 . Sơ đồ có chế độ hãm Sơ đồ này tồn tại chế độ hãm, dòng điện trong mạch có thể chạy theo 2 chiều tuỳ thuộc vào hệ số g và không tồn tại chế độ dòng gián đoạn. 3. Sơ đồ có đảo chiều Khi cần cho động cơ đảo được chiều quay người ta dùng sơ đồ cầu cho mạch điều áp một chiều như hình vẽ trên . Sơ đồ này có 3 phương pháp điều khiển khác nhau : ã Điều khiển đối xứng : Trong phương pháp này các cặp van lẻ và chẵn thay nhau đóng cắt và không còn chế độ dòng gián đoạn .Nhựơc điểm của phương pháp này là điện áp ra tải bị đảo dấu và độ đập mạch dòng điện tải cao . ã Điều khiển không đối xứng : Trong kiểu điều khiển này với mỗi chiều dòng điện , chỉ có một cặp van mắc thẳng hàng (thí dụ T1 , T4) làm việc đóng cắt ngược pha nhau , còn 2 van kia sẽ có 1 van khoá hoàn toàn và 1 van luôn sẵn sàng mở . Điện áp ra tải chỉ có 1 dấu ở một chiều xác định . Phuương pháp này cho phép giảm độ đập mạch dòng điện 2 lần so với kiểu điều khiển đối xứng , mặt khác nó cũng cho phép làm việc ở các chế độ động cơ nhận và phát năng lượng . ã Điều khiển riêng : Với phương pháp này ,khi động cơ hoạt động ở một chiều xác định thì chỉ có 1 cặp (chẵn lẻ ) lam việc, cặp còn lại hoàn toàn nghỉ. Kết luận Trong các sơ đồ trên em chọn sơ đồ có chế độ hãm. Để điều chỉnh điện áp Ud trong 3 phương pháp đã giới thiệu trên em chọn phương pháp độ rộng xung T = Const ; t0 = var . c > Xác định các thông số động cơ truyền động Các thông số kỹ thuật hệ thống 1. Mômen cực đại (Mmax): 25 (Nm) 2. Tốc độ quay chi tiết (n): 100 á1000 (Vòng/phút) 3. Tỷ số truyền (i): 3 4. Hiệu suất (h): 0,8 5. Mômen quán tính cơ cấu (J): 0,008 (kgm2) 1> Chọn công suất động cơ cho truyền động quay chi tiết máy mài tròn Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau: Đặc tính phụ tải truyền động Pc(w), Mc(w): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.wmax Hình 5. Đặc tính phụ tải Phạm vi điều chỉnh tốc độ wmax và wmin. wmin = i. wcmin = i.=3. =31,416 (rad/s) hay nmin= 300(vòng/phút) wmax = i. wcmax = i.=3. = 314,16(rad/s) hay nmax= 3000(vòng/phút) Dải điều chỉnh tốc độ: =10:1 Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động: Điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng bộ băm xung. Loại động cơ truyền động: động cơ một chiều kích từ độc lập. Đặc điểm của phụ tải truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đại Pmax = .Mđm.wmax = .Mcmax.wcmax = .25. 3272,5(W) =3,2725 (KW) Ta chọn loại động cơ P32 của Nga với các thông số sau: Pđm = 4,5 (kW) Uđm = 220 (V) Iđm = 24,3 (A) nđm = 3200 (vòng/phút) R = Rư + Rcp = 0, 352(W) Fđm = 8,2 (mWb) Ikt = 0,65 (A) Jđ = 0,116 (kg.m2) 2a = 2 2p = 4 2> Xác định các thông số động cơ Điện cảm phần ứng Lư =7,92.10-3 (H) 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. kFđm = (Wb) Mômen quán tính: J = Jđ + Jc = 0,116 + 0,008 = 0,124 (kg.m2) Hằng số thời gian cơ học: Tc = Hằng số thời gian mạch phần ứng: Tư = Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Mômen định mức sinh ra trên trục động cơ : Tính toán chọn van mạch lực bộ biến đổi xung áp 1. Sơ đồ mô tả trạng thái làm việc ở các chế độ khác nhau Hai tranzitor T1 và T2 làm việc trái pha nhau. Dựa theo đồ thị ,khi có T2 dòng điện tải đảo chiều ,bằng cách thay đổi g ta có các khả năng : gEN > ED. Lúc nay nguồn EN phát năng lượng còn động cơ nhận năng lượng It > 0. gEN ằ ED. Dòng đã có giai đoạn đảo chiều : +) 0 á t/0 : T2 khoá, năng lượng đưa từ Ed về nguồn qua điôt D1 . +) t/0 á t0 : T1 mở, năng lượng đưa vào tải . +) t0 á t1 : D0 dẫn, dòng tải chạy quẩn và tiêu tán năng lượng ở điện trở tải. +) t1 á T : T2 mở dòng tải đảo chiều ,tiếp tục tiêu tán trên điẹn trở R .Như vậy ở chế độ này đã có hiện tượng nguồn nhận năng lượng ,song trong 1 chu kỳ thì nguồn vẫn phát năng lượng cho tải It > 0 . ã gEN < ED . Dòng hoàn toàn đảo chiều và chỉ có T1, D2 thay nhau dẫn, It < 0. 2. mô tả toán học học bộ biến đổi băm xung áp Các tín hiệu vào và ra của bộ biến đổi: - Udk: tín hiệu vào điều khiển lấy từ bộ điều chỉnh dòng điện. - Uđ : tín hiệu ra là điện áp trung bình đặt vào động cơ. Ud = = . EN = g . EN Trong đó : T- Là chu kì phát xung chuẩn T = = (s) tx - Độ rộng xung điều khiển 0< tx< T EN - Điện áp nguồn một chiều EN = 220V Bộ biến đổi băm xung một chiều là một mạch điều chỉnh điện áp điều chế độ rộng xung có tính chất phi tuyến và không dừng. Để mô tả toán học bộ biến đổi xung áp rất phức tạp, nên chỉ có thể mô tả gần đúng bằng phương pháp biến thiên các đại lượng nhỏ cùng mô hình hoá tuyến tính. Nhận thấy ứng với mỗi khoảng biến thiên của tín hiệu điều khiển DUd. Tại thời điểm phát xung mở cho mỗi cặp van Tranrito là thời điểm mà tại đó tín hiệu Udk = Ur được gọi là thời điểm chuyển mạch. Giả thiết rằng hiện tượng chuyển mạch không ảnh hưởng tới giá trị trung bình của điện áp ra Uđ (tức bỏ qua quá trình chuyển mạch) thì bộ biến đổi xung áp được mô tả như sau: Khâu băm xung áp Vì có tính chất xung nên khi tín hiệu điều khiển biến thiên một lượng nhỏ dUdk thì sau một khoảng thời gian (T- tx) cặp van tương ứng mới mở. Độ biến thiên lớn nhất của Udk bằng biên độ lớn nhất của điện áp răng cưa: DUdkmax = DUrmax. Vậy thì khoảng thời gian trễ lớn nhất là: (T- tx)max = T/2 : bằng nửa chu kì phát xung chuẩn. Do đó có thể mô tả toán học bộ biến đổi xung áp bằng một hàm trễ (bỏ qua thời gian trễ đóng/mở của bản thân Transitor cỡ khoảng ms). Bằng khai triển Mc Laurin và bỏ qua các vô cùng bé bậc cao ta có hàm truyền của bộ biến đổi xung áp một chiều là một khâu quán tính: = Hệ số khuếch đại của bộ băm xung: Kbx = DUd / DUdk Tính gần đúng theo các giá trị lớn nhất: DUdk = Urmax = 10V thì g = 1 và DUd = EN = 220 [V] Kbx = = 22 Hằng số thời gian băm xung: Tbx = 10-3[s] 3. Tính chọn các van Mạch lực bộ biến đổi xung áp một chiều như hình vẽ gồm 2 van lực Transistor , 2 Diod lực bảo vệ khi đảo chiều và dẫn dòng khi ở chế độ hãm . Trong khoảng thời gian ngắn tx liên tiếp (0 < tx < T) thì điện áp trung bình đặt lên động cơ là: Ud = tx. EN/T. Khi tx = T thì Ud đạt giá trị lớn nhất gần bằng nguồn: Udmax = EN = 220 V, cặp van mở thông suốt. ở chế độ xác lập ta có: Dòng trung bình ra tải lớn nhất: Id = Trong đó Rn : nội trở của nguồn EN và bộ biến đổi thường rất nhỏ so với Ru. Edm: S.đ.đ định mức của động cơ = Kf. wdm Với : En = 220 V, K.f= 0,631 [V/rad] ndm = 3200 [v/phút], Rư = 0,352 [W] Tính được: Edm = 0,631 . 3200 / 9,55 = 211,43 V Dòng : Id = Chọn loại van có dòng collector: Ic = k.Id K: hệ số dự trữ, chọn =2,5 ị Ic = 2,5 . 24,3 = 60,75A. Dòng tải lớn nhất qua Diod là ID =Kat.Id =1,2. 24,3A =29,16 A. Trong đó Kat là hệ số an toàn của Diod chọn Kat = 1,2 . Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điôt ở đây coi bằng EN = 220V. Căn cứ vào những số liệu trên ta chọn: Van Transistor 2SC2366 loạI n-p-n có thông số sau: ã Dòng qua van chịu được: Ic= 80A Sụt áp UCE khi van dẫn bão hoà: UCEsat = 1,5V Điện áp UCEO khi bazơ hở : UCE0 = 400V Hệ số khuếch đại b = 20 Nhiệt độ chịu đựng T = 1750C Điện áp UCBO khi emiter hở VCBO = 500V Điện áp UEBO khi colector hở VEBO = 7V Chất liệu và loại : SN(Sylic) Công suất lớn nhất : Pm = 300W Chọn Diode loại BYT 30 của hãng Thomson chế tạo có các thông số sau : Dòng cực đại qua Diode : IĐ = 30 A Điện áp ngược cực đại mà Diode chịu được : Ungmax = 200 á 1000 V CHƯƠNG III : xÂY DựNG CấU TRúC ĐIềU KHIểN TổNG HợP Hệ. Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thường phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, phương pháp chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp chưa thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối ưu của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực. Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn trong thiết kế định hướng cũng như trong chỉnh định và vận hành hệ thống. Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà