Đồ án Thiết kế hệ thống truyền động chính của máy bào giường

đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động chớnh của mỏy bào giường có các số liệu ban đầu như sau: - Tốc độ hành trình thuận ( tốc độ cắt ): vthuận= 35 m/phút - Tốc độ hành trình ngược vnghịch=70 m/phút - Khối lượng bàn máy và chi tiết gia công : mb = 1000 kg. mct = 1000 kg. - Bán kính qui đổi lực cắt : r = 0,024. - Hiệu suất định mức của cơ cấu : h = 0,81. - Chiều dài hành trình bàn : Lb=3 m - Lực cắt Fz= 30kN . - hệ số ma sát μ = 0.081 Lời nói đầu 3 Chương I:Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động 5 I.Giới thiệu về công nghệ 5 II.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường 8 Chương II:Phân tích lựa chọn phương án truyền động. 10 I. Khảo sát các phương án truyền động 10 1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ 10 2. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ 11 3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto 13 4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB. 15 II. So sánh giữa các phương án khả thi 16 1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh 17 2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng đảo chiều 17 3. Về tính kinh tế của phương pháp truyền động 17 4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành 17 III. Chọn sơ đồ biến tần 18 Chương III : Tính chọn thiết bị mạch lực 20 I. Tính chọn động cơ truyền động 20 1. Phụ tải truyền động chính. 20 2. Tính chọn động cơ. 21 3 Kiểm nghiệm lại động cơ 21 II.Tính chọn bộ nghịch lưu 26 1.Chọn Thyristor và diode 26 2.Chọn tụ chuyển mạch 27 3.Chọn cuộn kháng san bằng 27 III.Tính chọn bộ chỉnh lưu 28 Chương IV: Tổng hợp hệ điều khiển 29 I. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện. 31 II. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ 32 III.Tính các tham số cần dùng trong quá trình tổng hợp 33 IV.Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh. 34 1.Tổng hợp mạch vòng dòng điện 34 2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ 35 Chương V:Thiết kế mạch điều khiển 36 I. nguyên lý điều khiển 36 II. Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lưu. 37 III. Thiết kế mạch điều khiển nghịch lưu. 39 IV.Mạch biến đổi U/f 44 V. Các mạch bảo vệ 44 1. Mạch hạn chế dòng 44 2. Mạch hạn chế gia tốc và giảm tốc 45 Lời nói đầu. Máy cắt gọt kim loại đặc trưng cho các ngành cơ khí chế tạo máy, gia công kim loại...có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hoá. Dưới tác động của khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung, đối với máy cắt gọt kim loại nói riêng ngày càng được cho phép đơn giản về kết cấu cơ khí của máy sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động. Máy cắt gọt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt kim lọai như sau: -Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công dạng dao, đặc tính chuyển động v.v..., các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng, ren, vít v.v... -Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện được các phương pháp gia công khác nhau như tiện, khoan, gia công răng..., để gia công các chi tiết khác nhau về hình dáng, kích thước. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhưng có kích thước khác nhau. Máy đặc biệt là các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích thước. -Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt kim loại thành các máy bình thường ( trọng lượng chi tiết 100 á10.103 kg), các máy cỡ lớn ( trọng lượng chi tiết 10.103 á 30.103 kg), các máy cỡ nặng (trọng lượng chi tiết 30.103 á 100.103 kg) và các máy rất nặng (trọng lượng chi tiết lớn hơn 100.103 kg). -Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thường, cao và rất cao. Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhưng chúng luôn mâu thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó. Nội dung của đồ án chia làm 5 chương, cụ thể như sau: Chương I: đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động. Nội dung cơ bản của chương này đề cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động bàn máy bào giường và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm này. Chương II: Phân tích lựa chọn phương án truyền động. Nội dung của chương này trình bày các phương án truyền động ,đưa ra các phương án khả thi rồi cuối cùng có so sánh giữa các phương án khả thi đề chọn ra phương án phù hợp nhất. Tất cả đều có sự phân tích cụ thể khi quyết định chọn phương án tốt nhất. Chương III: Tính chọn thiết bị mạch lực. Nội dung cơ bản của chương này sẽ trình bày cách chọn công suất động cơ truyền động,van bán dẫn ,tụ ... Chương IV: Tổng hợp hệ thống. Nội dung của chương này sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng như các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn. Chương V: Thiết kế mạch điều khiển. Nêu lên nguyên lý điều chỉnh và thiết kế sơ bộ các mạch điều khiển các bộ biến đổi. Chương I Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động. I.Giới thiệu về công nghệ : 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 gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công ,dạng dao ,đặc tính chuyển động ...,các máy cắt được chia thành các máy cơ bản :tiện ,phay ,bào ,khoan –doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng ,ren ,vít ... Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là những giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy: Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn,chiều dài bàn có thể từ 1,5 đến 12m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành ba loại : -Máy cỡ nhỏ :chiều dài bàn Lb<3m,lực kéo Fk=30á50 kN -Máy cỡ trung bình : Lb=4á5m , Fk=50á70 kN -Máy cỡ nặng : Lb >5m ,Fk >70kN Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua lại .Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng .Bàn dao đươc kẹp chặt trên xà ngang cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc ,bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại ,mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược .ở hành trình thuận ,thực hiện gia công chi tiết ,nên gọi là hành trình cắt gọt .ở hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu ,không cắt gọt ,nên gọi là hành trình không tải .Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép).Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính .Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao .Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà ,bàn dao ,nâng đầu dao trong hành trình không tải . Hình 1. Đồ thị tốc độ của bàn máy Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình 1.Trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn .Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V0 =5 á15 m/ph (tốc độ vào dao )trong khoảng thời gian t1.Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết ).Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt ).Trong thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết .Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ gảim tốc độ đến V0 ,dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V0.Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng> Vth thực hiện hành trình không tải ,đưa bàn máy về vị trí ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ).Gần hết hành trình ngược bàn máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ khác.Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết . Tốc độ hành trình thuận Vth được xác định tương ứng bởi chế độ cắt ,thường V2=5á(75á120) m/ph,tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt (75á120)m/ph.Để tăng năng suất của máy tốc độ hành trình ngược thường được chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận Vng=k.Vth (thường k=2á3). Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian (1-1) trong đó : Tck –thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy ,[s] tth – thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s] tng - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược [s] Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng và giảm tốc độ là không đổi thì : (1-2) (1-3) trong đó : Lth,Lng –chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định Vth ,Vng ở hành trình thuận và ngược. Lg.th ,Lt.th –chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc )và quá trình giảm tốc (hãm ) ở hành trình thuận Lg.ng ,Lt.ng –chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc )và quá trình giảm tốc (hãm ) ở hành trình ngược Vth,Vng –tốc độ hành trình thuận ,ngược của bàn máy Thay các tth (1-2) và tng(1-2) vào (1-1) ta nhận được : (1-4) trong đó : L=Lth+Lg.ht +Lh.th = Lng+Lg.ng +Lh.ng-chiều dài hành trình của bàn máy -tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược tđc –thời gian đảo chiều của máy Từ (1-4) ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt Vth thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tđc .Khi tăng K thì năng suất của máy tăng nhưng khi k >3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng .Nếu chiều dài bàn L>3m thì tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k .Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn Vth=(75á120)m/ph thì tđc ảnh huởng nhiều đến năng suất.Vì vậy khi thiết kế máy bào giường phải làm giảm thời gian quá trình quá độ . Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất. Ta có tỷ số truyền tối ưu: it.ư= Trong đó: M : Momen của động cơ lúc khởi động,[Nm] Mc :Momen cản trên trục làm việc,[Nm] Jm , Jd :Momen quán tính của máy và động cơ,[kgm] Nếu coi Mc= 0 thì: itu= Việc lựa chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng .Thời gian quá trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy.Mômen quán tính của máy tỷ lệ với chiều dài của máy. Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được vì bị hạn chế bởi: -Lực động phát sinh trong hệ thống -Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao. II.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường 1.Truyền động chính. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và thấp nhất của bàn máy. D = Trong đó : Vngmax –tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngược Vthmin - tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận Chọn Vthmin =5m/ph Ta có: D = - Độ trơn điều chỉnh tốc độ : là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ trong đó là tốc độ cấp thứ i và i+1 được xác định bằng công thức : trong đó z là số cấp tốc độ của máy đối với yêu cầu của đề thì ta có -Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . -Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần độ bóng ,nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao % < 5% Thường chọn %=2%. -Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết ,tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt. -Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm,tránh va chạm trong bộ truyền với tác động cực đại. 2.Truyền động ăn dao. Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì,trong mỗi hành trình kép làm việc một lần Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100 á 200)/1.Lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80 á 100) mm/hành trình kép. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén...Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng. 3.dặc tính cơ : w M,P  Chương II Phân tích lựa chọn 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 phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là 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. Do đề bài yêu cầu sử dụng động cơ KĐB nên em chỉ phân tích các đặc tính kinh tế kỹ thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. I. Khảo sát các phương án truyền động 1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ a. Nguyên lý: Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stato động cơ như sau: (2-4) Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào stato. Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh. b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng: + Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm thay đổi tốc độ không tải lý tưởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ giảm, độ trượt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trượt của động cơ: (2-5) + Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ đưa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn. Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển tốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thường ứng dụng làm bộ khởi động mềm (softstart) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêu thụ chung. Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió, bơm ly tâm). Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phương án truyền động dùng phương pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động bàn máy bào giường là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phương án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này. 2. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ a. Nguyên lý điều chỉnh: Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng: (2-6) => Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt. Trong thực tế việc thay đổi DPs có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp: Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc.Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90o đến khoảng 140o , điều chỉnh góc điều khiển a trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển a của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô-men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tự nhiên. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng: + Như đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ truyền động với công suất lớn (thường cỡ trên 400kW), vì khi đó công suất trượt đưa về mới là đáng kể và việc đầu tư cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí. + Việc tái sử dụng công suất trượt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lượng công suất đưa về có thể đạt được những chỉ tiêu điều chỉnh tốt như êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp. + Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động động cơ, thường dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trượt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều. Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động bàn máy bào giường nêu ở chương đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chương ba ta loại bỏ việc sử dụng phương án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau: + Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay + Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu tư cả hệ nối tầng là không hiệu quả về mặt kinh tế. 3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto a/ Nguyên lý điều chỉnh: Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được với động cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc. Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng của đường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đây được lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở. + Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên: (2-7) Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 á sth, là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết: (2-8) Trong đó: s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ở mạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf. Theo biểu thức mô-men thì: (2-9) Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-men không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: Rtd t w M H 2.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto. ~ Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều: + Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên. + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. (2-11) Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: (2-12) Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được r và từ đó thay đổi được Rf. Cho r=0 á 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. b/ Đánh giá và phạm vi ứng dụng: Có thể nói việc sử dụng phương pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về mặt lý thuyết, là một phương pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện). + Phương pháp này như đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không đổi như bàn máy bào giường. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men khởi động lớn bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở vào mạch roto trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh được tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hưởng đến công suất động cơ tiêu thụ đưa vào stato; tức là không gây ảnh hưởng đến lưới điện và tải khác khi động cơ khởi động như ở phương pháp điều chỉnh điện áp stato. + Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việc điều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dưới 100kW). Phân tích ưu và nhược điểm của phương án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho hệ truyền động bàn máy bào giường ta thấy rằng đây là một phương án khả thi, ta sẽ xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phương pháp biến tần sẽ được trình bày dưới đây. 4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB. a/ Nguyên lý điều chỉnh: Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: ị điều đó có nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình vẽ sau: fđm H 2.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số. M w + Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: + Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm ị X=2pfL cũng giảm ị I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định. b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng + Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo được luật điều chỉnh điện áp - tần số thì ta có mọi đường đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số. Nghĩa là phương pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. + Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả t