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

Lêi më ®Çu Sù bïng næ cña tiÕn bé kü thuËt trong lÜnh vùc ®iÖn-®iÖn tö-tin häc trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®· dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi s©u s¾c c¶ vÒ mÆt lý thuyÕt lÉn thùc tiÔn trong lÜnh vùc truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng.§ã lµ sù ra ®êi vµ ngµy cµng hoµn thiÖn cña c¸c bé biÕn ®æi c«ng suÊt,víi kÝch th­íc gän nhÑ,®é t¸c ®éng nhanh,dÔ dµng ghÐp nèi víi c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn dïng vi m¹ch ®iÖn tö,vi xö lý,…C¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn tù ®éng ngµy nay th­êng sö dông nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn vect¬ cho c¸c ®éng c¬ xoay chiÒu.PhÇn lín c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn ®ã dïng kü thuËt sè víi phÇn mÒm linh ho¹t,dÔ dµng thay ®æi cÊu tróc,tham sè còng nh­ luËt ®iÒu khiÓn.§iÒu nµy lµm cho c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn t¨ng ®é chÝnh x¸c,lµm cho viÖc chuÈn ho¸ chÕ t¹o c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÖn hiÖn ®¹i cã nhiÒu ®Æc tÝnh lµm viÖc kh¸c nhau,dÔ dµng øng dông theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ s¶n suÊt. Do vËy,®å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ gióp chóng ta n¾m ch¾c h¬n nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n,nh÷ng hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn kinh ®iÓn ®ång thêi nã còng nh»m môc ®Ých cho chóng ta tõng b­íc tiÕp cËn víi thùc tÕ,tiÕp cËn víi nh÷ng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn hiÖn ®¹i. Néi dung cña ®å ¸n ®­îc chia lµm 4 phÇn: Ch­¬ng I : Giíi thiÖu chung vÒ c«ng nghÖ m¸y mµi vµ hÖ thèng truyÒn ®éng cho ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. Ch­¬ng II : Chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng. TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ m¹ch lùc. Ch­¬ng III : X©y dùng cÊu tróc ®iÒu khiÓn tæng hîp hÖ truyÒn ®éng . Ch­¬ng IV : ThiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn. Ch­¬ng V : M« pháng(Simulink). §Ó cã thÓ hoµn thµnh ®­îc ®å ¸n nµy, bªn c¹nh sù cè g¾ng cña c¸ nh©n em còng nh­ cña c¸c b¹n trong nhãm cßn nhê cã sù h­íng dÉn vµ chØ b¶o nhiÖt t×nh cña c¸c thÇy gi¸o h­íng dÉn. Tuy nhiªn do thêi gian nghiªn cøu ng¾n vµ tr×nh ®é b¶n th©n cßn h¹n chÕ nªn ®å ¸n cña em kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. Em rÊt mong c¸c thÇy h­íng dÉn vµ bæ sung thªm ®Ó ®å ¸n nµy ®­îc hoµn chØnh h¬n. Em xin ch©n thµnh c¸m ¬n ! Ch­¬ng I Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ vµ hÖ thèng truyÒn ®éng cho ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. I.§Æc ®iÓm c«ng nghÖ Trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ hiÖn ®¹i, c¸c lo¹i m¸y mµi chiÕm mét ®¬n vÞ quan träng. Lµ v× m¸y mµi gia c«ng rÊt dÔ ®¹t ®é chÝnh x¸c cÊp hai. M¸y mµi chñ yÕu dïng ®Ó gia c«ng l¸ng sau khi ®· gia c«ng trªn m¸y tiÖn, phay, bµo, v× l­îng thõa gia c«ng trªn m¸y mµi rÊt Ýt, ph¹m vi l­îng thõa còng chØ ®é vµi phÇn m­êi ly. ¦u ®iÓm lín cña m¸y mµi lµ gia c«ng ®­îc c¸c chi tiÕt t«i mµ trªn nhiÒu m¸y kh¸c kh«ng lµm næi. Dïng ph­¬ng ph¸p mµi dÔ ®¹t ®é chÝnh x¸c cao do lùc c¾t gät t­¬ng ®èi lín, ®Æc biÖt lµ ®é dµy cña l¸t mµi máng, do ®ã, c«ng viÖc mµi kh«ng thÓ tiÕn hµnh mét lÇn mµ cÇn ph¶i qua nhiÒu lÇn c¾t gät. II.Ph©n lo¹i m¸y mµi c«ng nghiÖp. S¬ ®å gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y mµi trßn M¸y mµi trßn cã chuyÓn ®éng chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay cña ®¸ mµi, chuyÓn ®éng ¨n dao lµ di chuyÓn tÞnh tiÕn cña ô ®¸ däc trôc (¨n dao däc trôc) hoÆc di chuyÓn tÞnh tiÕn theo h­íng ngang trôc (¨n dao ngang trôc) hoÆc chuyÓn ®éng quay cña chi tiÕt (¨n dao vßng). ChuyÓn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh ô ®¸ hoÆc chi tiÕt. III.TruyÒn ®éng ®iÖn cña m¸y mµi. 1.TruyÒn ®éng chÝnh Th«ng th­êng truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é nªn sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. ë nh÷ng m¸y mµi cì nÆng, ®Ó duy tr× tèc ®é c¾t kh«ng ®æi khi ®¸ bÞ mßn hay kÝch th­íc chi tiÕt gia c«ng thay ®æi, th­êng sö dông truyÒn ®éng ®éng c¬ cã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lµ D=(2 ¸ 4):1 víi cs kh«ng ®æi. M¸y mµi trung b×nh vµ nhá v = 50 ¸ 80 m/s nªn ®¸ mµi cã ®­êng kÝnh lín th× tèc ®é quay cña ®¸ kho¶ng 1000 vßng/phót. ë nh÷ng m¸y cã ®­êng kÝnh nhá, tèc ®é ®¸ rÊt cao. §éng c¬ truyÒn ®éng lµ c¸c ®éng c¬ ®Æc biÖt cã tèc ®é 24000 ¸ 48000 vßng/phót hoÆc cã thÓ lªn tíi 150000 ¸ 200000 vßng/phót, ®¸ mµi g¾n trªn trôc ®éng c¬. Nguån cña ®éng c¬ lµ c¸c bé biÕn tÇn, cã thÓ lµ c¸c m¸y ph¸t tÇn sè cao - biÕn tÇn quay hoÆc lµ c¸c bé biÕn tÇn tÜnh - biÕn tÇn thyristor. M«men c¶n tÜnh trªn trôc ®éng c¬ th­êng lµ 15 ¸ 20% m«men ®Þnh møc.M«men qu¸ tÝnh cña ®¸ vµ c¬ cÊu truyÒn lùc lín 500 ¸ 600% m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬, do ®ã cÇn h·m c­ìng bøc ®éng c¬ quay ®¸ vµ kh«ng yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ . 2. TruyÒn ®éng ¨n dao M¸y cì nhá, truyÒn ®éng quay chi tiÕt dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nhiÒu cÊp tèc ®é (®iÒu chØnh sè ®«i cùc p) víi D = (2 ¸ 4) : 1. ë c¸c m¸y lín th× dïng hÖ thèng bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (BB§ - §M), hÖ K§T - §M cã D = 10 : 1 víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng. TruyÒn ®éng ¨n dao däc cña bµn m¸y trßn cì lín thùc hiÖn theo hÖ BB§ - §M víi d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é D = (20 ¸ 25) : 1 cßn truyÒn ®éng ¨n dao ngang sö dông thuû lùc. 3.TruyÒn ®éng phô Sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. 4.§Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt §Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng. Tuy vËy cã thÓ biÓu diÔn d­íi d¹ng biÓu thøc tæng qu¸t: Trong ®ã : MC0 : M«men øng víi tèc ®é w=0; M®m : M«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc w®m Mc : M«men øng víi tèc ®é w a : Sè mò phô thuéc vµo lo¹i c¬ cÊu s¶n xuÊt. Víi m¸y mµi nãi riªng vµ m¸y c¾t gät kim lo¹i nãi chung, a th­êng nhËn hai gi¸ trÞ: a=1 (øng víi truyÒn ®éng chÝnh vµ P = const) a=0 (øng víi truyÒn ®éng ¨n dao Mc = M®m = const). Trong thùc tÕ, ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt kh«ng gi÷ ®­îc cè ®Þnh theo mét quy luËt trong toµn bé ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é mµ thay ®æi theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc ®iÒu kiÖn tù nhiªn. §èi víi truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi trßn, nãi chung c«ng suÊt kh«ng ®æi (P = const) khi tèc ®é thay ®æi cßn m«men tû lÖ ng­îc víi tèc ®é . Nh­ vËy, ë tèc ®é thÊp, m«men cã thÓ lín nªn kÝch th­íc c¸c bé phËn c¬ khÝ ph¶i chän lín lªn, ®iÒu ®ã kh«ng cã lîi. MÆt kh¸c, thùc tÕ s¶n xuÊt cho thÊy r»ng c¸c tèc ®é thÊp chØ dïng cho c¸c chÕ ®é lµm viÖc nhÑ (Fz vµ Pz nhá). V× vËy, ë vïng tèc ®é thÊp, ng­êi ta gi÷ m«men kh«ng ®æi cßn c«ng suÊt thay ®æi theo quan hÖ bËc nhÊt víi tèc ®é. §èi víi truyÒn ®éng ¨n dao, nãi chung m«men kh«ng ®æi khi ®iÒu chØnh tèc ®é. Tuy nhiªn, ë vïng tèc ®é thÊp, l­îng ¨n dao s nhá, lùc c¾t Fz bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u c¾t tíi h¹n t. Trong vïng nµy, khi tèc ®é ¨n dao gi¶m, lùc ¨n dao vµ m«men ¨n dao còng gi¶m theo. ë vïng tèc ®é cao, t­¬ng øng víi tèc ®é vz cña truyÒn ®éng chÝnh còng ph¶i lín, nÕu gi÷ Fad lín nh­ cò th× c«ng suÊt truyÒn ®éng sÏ qu¸ lín. Do ®ã, cho phÐp gi¶m nhá lùc ¨n dao trong vïng nµy, m«men truyÒn ®éng ¨n dao còng gi¶m theo. 5.§å thÞ ®Æc tÝnh phô t¶i cña m¸y mµi Mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã ®iÒu chØnh gäi lµ tèt nÕu ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña nã gièng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y. Khi ®ã, ®éng c¬ ®­îc sö dông hîp lý nhÊt tøc lµ cã thÓ lµm viÖc ®Çy t¶i ë mäi tèc ®é. Nhê ®ã, hÖ thèng truyÒn ®éng ®Æt ®­îc c¸c chØ tiªu n¨ng l­îng cao. Nãi c¸ch kh¸c, cã thÓ lùa chän ®éng c¬ cã kÝch th­íc nhá nhÊt cho m¸y. Mét chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ®é æn ®Þnh tèc ®é Dw%. §­êng ®Æc tÝnh c¬ cµng cøng th× ®é æn ®Þnh tèc ®é cµng cao. Nãi chung, truyÒn ®éng chÝnh yªu cÇu Dw% £ (5 ¸ 15)% cßn truyÒn ®éng ¨n dao yªu cÇu Dw% £ (5 ¸ 10)%. Ch­¬ng II Chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng. TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ vµ m¹ch lùc. I.C¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng Chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng lµ dùa trªn c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ kÕt qu¶ tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬, tõ ®ã t×m ra mét lo¹t c¸c hÖ truyÒn ®éng cã thÓ tho¶ m·n yªu cÇu ®Æt ra. B»ng viÖc ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¸c hÖ truyÒn ®éng nµy, kÕt hîp tÝnh kh¶ thi cô thÓ mµ ta cã thÓ lùa chän ®­îc mét vµi ph­¬ng ¸n hoÆc mét ph­¬ng ¸n duy nhÊt ®Ó thiÕt kÕ. Tõ nh÷ng ph©n tÝch vÒ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn vµ nhiÖm vô thiÕt kÕ, ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn, ta ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬, gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi. Víi ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng ®éng c¬ kh«ng ®æi th× ta cã c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng sau: +HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (HÖ F-§). +HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn thyristor- ®éng c¬ mét chiÒu . +HÖ thèng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§). +HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè (HÖ BiÕn tÇn - §éng c¬). 1.HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (F-§) HÖ thèng m¸y ph¸t - ®éng c¬ (hÖ F-§ hay Ward-LÐonard) lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mµ m¹ch phÇn øng cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ®­îc cung cÊp tõ mét m¸y ph¸t ®iÖn riªng cã kh¶ n¨ng biÕn ®æi søc ®iÖn trong mét ph¹m vi réng. - §Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng F - § + §Æc tÝnh c¬ hÖ F- § mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ § do cã thªm R­f. + Cã thÓ lµm viÖc ë c¶ bèn gãc phÇn t­. + §iÒu chØnh Uktf dÉn ®Õn ®iÒu chØnh tèc ®é kh«ng t¶i cña ®éng c¬. - ¦u ®iÓm: + DÔ ®iÒu chØnh, vïng ®iÒu chØnh réng 30:1. + §¶o chiÒu ªm, tin cËy. - Nh­îc ®iÓm + C«ng suÊt l¾p ®Æt b»ng ba lÇn c«ng suÊt vËn hµnh. + KÝch th­íc l¾p ®Æt lín. + Vèn ®Çu t­ lín, ån. 2.HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn thyristor- ®éng c¬ mét chiÒu . Do ®iÖn n¨ng ®­îc s¶n xuÊt vµ ph©n phèi chñ yÕu ë d¹ng xoay chiÒu cã tÇn sè c«ng nghiÖp. §Ó cung cÊp cho c¸c ®éng c¬ mét chiÒu tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu, ph¶i dïng thiÕt bÞ biÕn ®æi. Nguyªn lý chung cña c¸c bé biÕn ®æi ®­îc m« t¶ nh­ sau: C¸c van cho dßng ®iÖn ®i qua trong mét phÇn chu kú gäi lµ kho¶ng dÉn, vµ ng¾t m¹ch trong phÇn cßn l¹i cña chu kú (kho¶ng ®ãng). Trong thùc tÕ ng­êi ta sö dông c¸c lo¹i van cã ®iÒu khiÓn thêi ®iÓm ®Çu kho¶ng th«ng nh­ng kh«ng thÓ ng¾t m¹ch khi dßng ®iÖn ch­a gi¶m vÒ kh«ng. §å thÞ biÒu diÔn dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p lµ nh÷ng ®­êng cong phøc t¹p cã chøa thµnh phÇn mét chiÒu vµ xoay chiÒu. Do thµnh phÇn xoay chiÒu cã ¶nh h­êng xÊu ®Õn qu¸ tr×nh ph¸t nãng vµ chuyÓn m¹ch cña m¸y ®iÖn nªn ta ph¶i h¹n chÕ nã. - §Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng T- §. + HÖ chØ lµm viÖc ë gãc phÇn t­ thø nhÊt do c¸c van kh«ng cho dßng ®iÖn ch¹y theo chiÒu ng­îc l¹i. + §Æc tÝnh c¬ mÒm h¬n ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn nh­ng cøng h¬n ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ F - §. - §Ó hÖ cã thÓ lµm viÖc ë c¶ bèn gãc phÇn t­ cña trôc, hÖ truyÒn ®éng T - § cã ®¶o chiÒu ra ®êi: +Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn ®æi nèi m¹ch phÇn øng. +Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn m¹ch kÝch tõ. +Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung Thyristo nèi ng­îc. +Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn chung Thyristo nèi chÐo. +Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn riªng. - ¦u ®iÓm: +§é t¸c ®éng nhanh cao. +Kh«ng g©y ån. +DÔ tù ®éng ho¸ do c¸c van b¸n dÉn cã hÖ sè khuyÕch ®¹i c«ng suÊt cao. - Nh­îc ®iÓm: +Van b¸n dÉn nªn th«ng sè ®Çu ra cã d¹ng phi tuyÕn cao. +D¹ng chØnh l­u cã biªn ®é dËp m¹ch cao g©y tæn thÊt phô trong m¸y ®iÖn. +HÖ sè c«ng suÊt nãi chung lµ thÊp. 3.HÖ thèng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§). §iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®éng c¬ còng cã thÓ thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p xung, nÕu ta ®ãng ®éng c¬ vµo nguån vµ c¾t ra khái nguån mét c¸ch chu kú. Khi ®ãng ®éng c¬ vµo nguån, n¨ng l­îng ®­îc truyÒn qua ®éng c¬. PhÇn chñ yÕu cña n¨ng l­îng nµy ®­îc truyÒn qua trôc ®éng c¬ vµo m¸y s¶n xuÊt, phÇn cßn l¹i ®­îc tÝch ë d¹ng ®éng n¨ng vµ n¨ng l­îng ®iÖn tõ. Khi ng¾t ®éng c¬ ra khái nguån, hÖ thèng truyÒn ®éng vÉn lµm viÖc nhê n¨ng l­îng ®iÖn tõ ®ã. §Æc ®iÓm: §é nh¹y cao, t¸c ®éng nhanh. TÇn sè ®ãng c¾t lín 4.HÖ thèng ®iÒu chØnh ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha sö dông biÕn tÇn. BiÕn ®æi tÇn sè lµ phÐp biÕn ®æi ®iÖn n¨ng mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu cã tÇn sè cè ®Þnh thµnh dßng ®iÖn xoay chiÒu cã tÇn sè biÕn ®æi nhê c¸c kho¸ ®iÖn tö. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè cho phÐp më réng ph¹m vi sö dông truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp.Tr­íc hÕt chóng øng dông cho c¸c thiÕt bÞ cÇn thay ®æi tèc ®é nhiÒu ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cïng lóc nh­ c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng cña mét nhãm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¨ng l¨n,… Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy cßn ®­îc ¸p dông c¶ trong nh÷ng thiÕt bÞ ®¬n lÎ, nhÊt lµ ë nh÷ng c¬ cÊu yªu cÇu tèc ®é lµm viÖc cao nh­ m¸y ly t©m, m¸y mµi… . Bé biÕn tÇn ®­îc nèi vµo l­íi cã tÇn sè f1,U1 kh«ng ®æi. §Çu ra cña nã lµ f2,U2 biÕn ®æi theo. §Ó biÕn ®æi tÇn sè, ng­êi ta cã thÓ dïng c¸c thiÕt bÞ m¸y ®iÖn hoÆc b¸n dÉn víi nguyªn lý ho¹t ®éng vµ cÊu tróc kh¸c h¼n nhau. ¦u ®iÓm: + Lµ ph­¬ng ph¸p cã rÊt nhiÒu triÓn väng. + Khi sö dông c¸c bé biÕn tÇn thÝch hîp cã thÓ ®¹t ®­îc ®iÒu chØnh tr¬n. + Sö dông cïng víi ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nªn gi¶m ®­îc chi phÝ m¸y ®iÖn. Nh­îc ®iÓm: + Bé biÕn tÇn cßn t­¬ng ®èi phøc t¹p nªn gi¸ thµnh chÕ t¹o cao. + NÕu sö dông bé biÕn tÇn gi¸n tiÕp hiÖu suÊt sÏ gi¶m ®i so víi biÕn tÇn trùc tiÕp. Víi c¸c ®Æc ®iÓm cña hÖ truyÒn ®éng mét chiÒu vµ xoay chiÒu trªn ®©y, ta thÊy r»ng c¸c ph­¬ng ph¸p ®Òu cã thÓ øng dông vµo truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn. ë ®©y, ta chän ®éng c¬ kh«ng ®ång bé víi ph­¬ng ph¸p biÕn ®æi tÇn sè lµ v× c¸c lý do chñ yÕu sau ®©y: + §©y lµ lo¹i m¸y ®iÖn cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n. + Sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp còng nh­ ®êi sèng. + Sö dông ®iÖn ¸p xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp, dÔ dµng cho viÖc l¾p ®Æt, vËn hµnh vµ sö dông. + BiÕn tÇn lµ thiÕt bÞ hiÖn ®¹i, trong t­¬ng lai sÏ ®­îc sö dông nhiÒu h¬n khi mµ c¸c thiÕt bÞ b¸n dÉn víi ­u thÕ ngµy cµng ph¸t triÒn. + Cã kh¶ n¨ng lËp tr×nh, tiÖn lîi cho ghÐp nèi m¸y tÝnh, nÒn t¶ng cho ph¸t triÓn sau nµy. + Vµ cuèi cïng lµ tÝnh kinh tÕ cña sö dông biÕn tÇn. II.TÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña ®éng c¬ theo gi¶ thiÕt: C¸c th«ng sè kü thuËt hÖ thèng - M«men cùc ®¹i (Mmax): 20 (Nm) - Tèc ®é quay chi tiÕt (n): 40 ¸800 (Vßng/phót) - Tû sè truyÒn (i): 2 - HiÖu suÊt (h): 0,85 - M«men qu¸n tÝnh c¬ cÊu (J): 0,006 (kg/s2) §Ó tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ trong tr­êng hîp truyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh tèc ®é, ta cÇn x¸c ®Þnh c¸c yªu cÇu c¬ b¶n sau: §Æc tÝnh phô t¶i truyÒn ®éng Pc(w), Mc(w): Phô t¶i truyÒn ®éng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é víi M = const. Khi ®ã, c«ng suÊt yªu cÇu cùc ®¹i Pmax = M®m.wmax §Æc tÝnh phô t¶i Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é wmax vµ wmin. wmin = i. wcmin = i.=2. = 8.38(rad/s) hay nmin= 80(vßng/phót) wmax = i. wcmax = i.=2.= 167.55(rad/s) hay nmax=1600(vßng/phót) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é: =20:1 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vµ bé biÕn ®æi trong hÖ thèng truyÒn ®éng: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng sö dông biÕn tÇn nguån ¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung. Lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng: ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc. §Æc ®iÓm cña phô t¶i truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn lµ gi÷ M = const trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é. Do ®ã, ta cã yªu cÇu c«ng suÊt cùc ®¹i Pmax = .M®m.wmax = .Mcmax.wcmax = .20. 2216,5 (W) 2,2 (kW) Ngoµi ra cßn cÇn ph¶i chän hÖ sè an toµn vÒ c«ng suÊt trong tr­êng hîp qu¸ t¶i, lÊy hÖ sè an toµn k=1,5 (k=1,2 ¸ 1,5) Ta chän lo¹i ®éng c¬ nh­ sau: (C¸c ®Æc tÝnh cña ®éng c¬ trong truyÒn ®ång ®iÖn) MTM112_6 cã th«ng sè sau: P®m = 3,5(kW) cosj®m=0,75 rst=4,33(W) n®m = 900(vg/ph) cosj0 = 0,13 xst=1,67(W) Ist®m= 9,5(A) rr=0,725(W) J = 0,0675(kg/s2) Ist0 = 7,25(A) xr=0,595(W) Q= 88(kg) Ir = 13,5(A) ke = 2,02 Ta tÝnh ®­îc hÖ sè tr­ît khi lµm viÖc ë tèc ®é ®Þnh møc: §ång thêi m«men ®Þnh møc tÝnh nh­ sau: S¬ ®å thay thÕ cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nh­ sau: Víi c¸c gi¸ trÞ: r1= 4,33(W) x1= 1,67(W) r2= 0,725(W) x2= 0,595(W) Quy ®æi c¸c ®¹i l­îng r«to sang stato: Nh­ vËy ta cã tæng trë cña ®éng c¬: III.ThiÕt kÕ m¹ch lùc: S¬ ®å m¹ch lùc cña hÖ truyÒn ®éng nh­ sau: M¹ch lùc bao gåm: + Khèi chØnh l­u: 6 Thyrsistor. + Khèi nghÞch l­u: 6 Transistor, 6 Di«t ng­îc + Khèi läc: tô C, cuén c¶m L. 1.TÝnh chän van ®iÒu khiÓn: Dïng kiÓu ®iÒu khiÓn khi gãc dÉn lµ 180 ®é, t¶i lµ ®éng c¬ ®Êu sao. §å thÞ dÉn cña van vµ d¹ng dßng, ¸p ra t¶i nh­ sau: T¶i ®Êu sao, gãc dÉn cña van lµ 180 ®é, t¹i bÊt kú thêi ®iÓm nµo còng cã ba van dÉn. TÝnh to¸n c¸c gi¸ trÞ: Dßng ®iÖn c¬ së : TrÞ sè hiÖu dông dßng ®iÖn pha: Dßng ®iÖn trung b×nh tiªu thô tõ nguån: a.§èi víi m¹ch chØnh l­u: Coi bé sôt ¸p trªn bé läc b»ng 0. Dßng ®iÖn ®Çu ra cña bé chØnh l­u Id=8,77 A §iÖn ¸p ra cña bé chØnh l­u: Ud= En=466,7 V Do m¹ch cÇu ba pha nªn dßng trung b×nh qua c¸c Thyristor lµ Id/3=2,92 A §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn Thyristor Ung=2,45*Ul. MÆt kh¸c ta cã: Ud=2,34*Ul => Ul »200 V; Þ Ung = 490 V Chän lo¹i Thyristor C15 do h·ng G.E cña Mü chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau: M· hiÖu tiristor Ung V Itb A toff ms di/dt A/ms C15 25¸600 5,1 30 60 b.§èi víi nghÞch l­u: Ta cã dßng ®iÖn pha A: + q = 0 ¸ p/3 + q = p/3 ¸ 2p/3 + q = 2p/3 ¸ p Trong kho¶ng tõ 0 ¸ p/3 øng víi q1 th× Ia=0 Dßng ®iÖn trung b×nh ®i qua Transistor sÏ lµ: = 4,351(A) §iÖn ¸p ng­îc ®Æt lªn Transistor: Tõ ®ã ta chän Transistor cã c¸c th«ng sè sau ®©y: M· hiÖu VCE V VCE0 V VCE,sat V IC A I A tf ms ton ms ts ms pm W BUX 47A 1000 450 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125 Trong kho¶ng 0 ¸ q1 th× Thyr kh«ng dÉn, toµn bé dßng sÏ ®i qua Diot, nh­ vËy biÓu thøc chän Diot nh­ sau: = 7,259(A) Do ®ã ta chän lo¹i Di«t B-10 do Liªn X«(cò) chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau: Itb = 10 (A) Ung= 100¸1000(V) DU = 0,7(V) 2.TÝnh chän bé läc: Ta ¸p dông c«ng thøc : Trong ®ã: e1 :§é nhÊp nh« cña ®iÖn ¸p ®Çu ra chØnh l­u e1 = Uda /Ud0 = 1 e2 :§é nhÊp nh« cña ®iÖn ¸p mong muèn sau bé läc 5% ¸ 10% lÊy e2 = 5% = 0,05 n :Sè lÇn ®Ëp m¹ch trong mét chu kú n = 6 ;w = 2pf = 314rad/s Tô C ®­îc tÝnh dùa trªn sù trao ®æi c«ng suÊt ph¶n kh¸ng víi ®éng c¬ K§B bëi c«ng thøc: øng víi dßng ®iÖn khëi ®éng lín nhÊt cña ®éng c¬ ta cã : m = 1; Ucdm = 600 V; e2 = 0,05 ,fm = 2,5 ¸ 50 KHz j t­¬ng øng víi cosj1 = 0,2 ¸ 0,3 chän cosj1 = 0,2 Þ j1 = 780 Do ®ã 3.TÝnh chän c¸c thiÕt bÞ ®o a.M¸y ph¸t tèc M¸y ph¸t tèc lµ thiÕt bÞ ®o tèc ®é trong hÖ truyÒn ®éng . M¹ch nguyªn lý ®o tèc ®é b»ng m¸y ph¸t tèc mét chiÒu. Uw = Kw . w Khi tõ th«ng m¸y ph¸t tèc kh«ng ®æi ®iÖn ¸p ®Çu ra m¸y ph¸t tèc Khi cã bé läc ®Çu ra th× hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc Trong ®ã: Kw hÖ sè khuÕch ®¹i Kw= Uw/w Uw = 10V, w=94,25 rad/s Kw =0,11 tf lµ h»ng sè thêi gian cña bé läc vµ <5ms.Chän tf = 0,001s = 1ms Hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc: b.M¸y ®o dßng : S¬ ®å ®o dßng xoay chiÒu ba pha ®¬n gi¶n lµ dïng biÕn dßng: gåm ba biÕn dßng l¾p ë ba pha víi ®iÖn trë t¶i Ro. §iÖn ¸p s¬ cÊp biÕn dßng qua m¹ch chØnh l­u cÇu ®i«t 3 pha , m¹ch läc RC läc thµnh phÇn xoay chiÒu sau chØnh l­u. §iÖn ¸p ®Çu ra m¹ch chØnh l­u U2d = R1.I1 trong ®ã Trong m¹ch bè trÝ R1 nèi tiÕp víi ®i«t D0. Khi ®i«t dÉn ®iÖn ¸p Ud0 = 0,5 V. chän l =2,5 ti = RC h»ng sè thêi gian cña bé läc Chän ti = 0,001s Hµm truyÒn cña m¸y ®o dßng nh­ sau: Ch­¬ng III : Tæng hîp vµ ®iÒu chØnh hÖ thèng. I.M« t¶ ®éng c¬ kh«ng ®ång bé. §éng c¬ kh«ng ®ång bé (§K) lµ lo¹i m¸y ®iÖn ®­îc dïng réng r·i trong kü thuËt truyÒn ®éng do cã c¸c ­u ®iÓm sau: + Kh¶ n¨ng qu¸ t¶i vÒ m«men lín. + Cã thÓ lµm viÖc ë tèc ®é rÊt cao hoÆc rÊt thÊp. + §éng c¬ r«to lång sãc cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, ë phÇn quay kh«ng cã yªu cÇu vÒ c¸ch ®iÖn. + Cã thÓ lµm viÖc trong c¶ m«i tr­êng cã ho¹t tÝnh cao hoÆc trong n­íc. Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch biÕn ®æi tÇn sè cho phÐp më réng ph¹m vi sö dông truyÒn ®éng ®iÖn kh«ng ®ång bé trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp.Tr­íc hÕt chóng øng dông cho c¸c thiÕt bÞ cÇn thay ®æi tèc ®é nhiÒu ®éng c¬ kh«ng ®ång bé cïng lóc nh­ c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng cña mét nhãm m¸y dÖt, b¨ng t¶i, b¨ng l¨n,… Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®iÖn ¸p cña mçi d©y quÊn nh­ sau: Trong ®ã, chØ sè k lµ tªn cña d©y quÊn pha: Tõ th«ng mãc vßng cña mçi d©y quÊn lµ: Khi j=k: ®iÖn c¶m tù c¶m. j ¹ k: ®iÖn c¶m hç c¶m. Nh­ vËy ta cã: Thay vµo c«ng thøc tÝnh ®iÖn ¸p ta cã: Coi c¸c d©y quÊn ®éng c¬ lµ ®èi xøng vµ khe hë kh«ng khÝ gi÷a roto vµ stato lµ ®Òu th×: Hç c¶m gi÷a c¸c pha d©y quÊn ë roto vµ stato phô thuéc vµo gãc lÖch cña d©y quÊn nµy, tøc lµ vµo tèc ®é quay. Khi hai d©y quÊn nµy trïng nhau th× hç c¶m lín nhÊt: LaA = LAa = LbB = LBb = LCc = LcC = M.cosq LaB = LAb = LbC = LBc = LcA = LCa = M.cos(q +2p/3) LAb = LaB = LBc = LbC = LCa = LaC = M.cos(q -2p/3) §Æt c¸c vector nh­ sau: §Æt: Do ®ã: C¸c ma trËn th«ng sè nh­ sau: Thay c¸c ®¹i l­îng, ta ®­îc ph­¬ng tr×nh tõ th«ng d¹ng vector: Ph­¬ng tr×nh ®iÖn ¸p: C¸c hÖ ph­¬ng tr×nh trªn lµ c¸c hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n phi tuyÕn cã hÖ sè biÕn thiªn theo thêi gian bëi v× gãc quay phô thuéc vµo thêi gian. II . Nguyªn lý ®iÒu chØnh tÇn sè: 1.LuËt ®iÒu chØnh tÇn sè ®iÖn ¸p theo kh¶ n¨ng qu¸ t¶i: Khi ®iÒu chØnh tÇn sè th× trë kh¸ng, tõ th«ng, dßng ®iÖn .. cña ®éng c¬ thay ®æi, ®Ó ®¶m b¶o mét sè chØ tiªu ®iÒu chØnh mµ kh«ng lµm ®éng c¬ bÞ qu¸ dßng th× ph¶i ®iÒu chØnh c¶ ®iÖn ¸p. §èi víi hÖ thèng biÕn tÇn nguån ¸p th­êng cã yªu cÇu gi÷ cho kh¶ n¨ng qu¸ t¶i vÒ m«men lµ kh«ng ®æi trong suèt d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é. M«men cùc ®¹i mµ ®éng c¬ sinh ra ®­îc chÝnh lµ m«men tíi h¹n Mth, kh¶ n¨ng qu¸ t¶i vÒ m«men ®­îc quy ®Þnh b»ng hÖ sè qu¸ t¶i m«men: NÕu bá qua ®iÖn trë cña d©y quÊn stato Rs = 0 th× ta cã thÓ tÝnh ®­îc m«men tíi h¹n nh­ sau: §iÒu kiÖn ®Ó gi÷ hÖ sè qu¸ t¶i kh«ng ®æi lµ: KÕt hîp víi hai ph­¬ng tr×nh trªn ta cã: §Æc tÝnh c¬ gÇn ®óng cña m¸y s¶n xuÊt ®­îc viÕt nh­ sau: §èi víi m¸y mµi th× x=-1; Khi truyÒn ®éng æn ®Þnh th×: 2.§iÒu chØnh tÇn sè ®éng c¬ kh«ng ®ång bé: XÐt phÇn nghÞch l­u cña biÕn tÇn: Gi¶ sö c¸c van dÉn 1800. Chøc n¨ng cña c¸c diot sÏ gi¶i thÝch sau. S¬ ®å dÉn cña c¸c van cïng víi ®iÖn ¸p tõng pha ®­îc biÓu diÔn ë môc d­íi ®©y: 3.CÊu tróc hÖ ®iÒu khiÓn tõ th«ng stato: §Ó khai th¸c hÕt c«ng suÊt m¹ch tõ §K, yªu cÇu vÒ tõ th«ng stato lu«n ®­îc gi÷ kh«ng ®æi vµ b»ng ®¹i l­îng ®Þnh møc. a.C¸c ph­¬ng tr×nh tæng hîp: M - Mc = Jpw M« h×nh nµy chøa nhiÒu kh©u phi tuyÕn phøc t¹p cã thÓ tuyÕn tÝnh ho¸ c¸c ph­¬ng tr×nh nµy vµ ¸p dông c¸c tiªu chuÈn tèi ­u ®Ó thiÕt kÕ c¸c bé ®iÒu chØnh tuyÕn tÝnh. Hµm Fi(ws) cã thÓ thay thÕ b»ng kh©u khuÕch ®¹i ®¬n gi¶n: TuyÕn tÝnh ho¸ biÓu thøc tÝnh m«men ®éng c¬: ,t¹i (M1,ws1,I1) Trong cÊu tróc trªn ®· bá qua qu¸ tr×nh ®iÖn tõ cña m¸y ®iÖn trõ m¹ch vßng dßng ®iÖn. Trong s¬ ®å tuyÕn tÝnh ho¸ c¸c h»ng sè A (ws1,Is1), B(ws1,Is1) l¹i thay ®æi tuú theo ®iÓm lµm viÖc ban ®Çu ®­îc chän . V× vËy ®Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c th× bé ®iÒu chØnh cÇn cã cÊu tróc vµ tham sè thÝch nghi ®Ó ®iÒu khiÓn chÕ ®é thÝch nghi cã thÓ dïng tÝn hiÖu tèc ®é hoÆc m«men ®éng c¬ CÊu tróc ®iÒu khiÓn tõ th«ng khi bá qua h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ b.TÝnh to¸n c¸c th«ng sè: Kh©u khuyÕch ®¹i Kf: Is®m :dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬ Is®m = 9,5A ws®m = we - w®m = swe we = ws®m = swe = 0,1.104,67 = 10,47(rad/s) Þ Kh©u: Trong ®ã : T lµ h»ng sè thêi gian ®éng c¬ vµ bé läc. Kb = Kcl .Knl Knl = Þ Kb = 46,67.38 = 1773,46 Lf = 3,35.10-3 H Rf = 0 R = 2Rs = 2.4,33 = 8,66(W) Þ TÝnh c¸c hÖ sè A,B trong s¬ ®å tuyÕn tÝnh hãa: Chän ®iÓm tuyÕn tÝnh ho¸ lµ ®iÓm ®Þnh møc. 5,82 TÝnh J quy ®æi cña hÖ thèng : Jcc=0,006(kg/s2) M«men qu¸n tÝnh cña c¬ cÊu, cÇn quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬ theo c«ng thøc sau: 0,0015(kg/s2) Trong ®ã i lµ tû sè truyÒn ®· cho. J®c = 0,0675(kg/s2) Jht = Jccq® + J®c = 0,0015 + 0,0675 = 0,069(kg/s2) III.Tæng hîp c¸c m¹ch vßng 1.Tæng hîp m¹ch vßng dßng ®iÖn Trong c¸c hÖ truyÒn ®éng tù ®éng còng nh­ c¸c hÖ chÊp hµnh th× m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn lµ m¹ch vßng c¬ b¶n. Chøc n¨ng c¬ b¶n cña m¹ch vßng dßng ®iÖn trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng mét chiÒu vµ xoay chiÒu lµ trùc tiÕp (hoÆc gi¸n tiÕp ) x¸c ®Þnh m«men kÐo cña ®éng c¬, ngoµi ra cßn cã chøc n¨ng b¶o vÖ ®iÒu chØnh gia tèc ... ViÖc tæng hîp chÝnh x¸c m¹ch vßng dßng ®iÖn stato gÆp nhiÒu khã kh¨n do th«ng sè cña ®èi t­îng nh­ tæng hîp ®éng c¬ , h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ ,biÕn thiªn theo t¶i ..Ta cã s¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng dßng ®iÖn Ta cã hµm truyÒn cña ®èi t­îng ®iÒu chØnh : ¸p dông tiªu chuÈn tèi ­u ta t×m ®­îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng kh©u PI Bé ®iÒu chØnh PI cã s¬ ®å nguyªn lý : Hµm truyÒn cuèi cïng cña m¹ch vßng dßng ®iÖnlµ: Bá qua thµnh phÇn ®¹o hµm bËc cao ta ®­îc: 2.Tæng hîp m¹ch vßng tèc ®é: Ta bá qua qu¸ tr×nh ®iÖn tõ ta cã s¬ ®å cÊu tróc m¹ch vßng tèc ®é ë ®©y ta bá qua MC = 0 Ta cã s¬ ®å t­¬ng ®­¬ng S0w lµ hµm truyÒn cña ®èi t­îng cÇn ®iÒu chØnh ¸p dông tiªu chuÈn tèi ­u ®èi xøng ta cã Ta nhËn thÊy 2Tw.Ts = 2.0,001.0,001=0,000002 rÊt nhá nªn cã thÓ bá qua Víi Tsw = Ts + 2.Ti = 0,001 + 2.0,001 = 0,003 lµ h»ng sè thêi gian bÐ Chän Ta ®­îc bé ®iÒu chØnh PI nèi tiÕp víi mét kh©u trÔ . Thêi gian trÔ Ta cã thÓ bá qua thêi gian trÔ do ®ã Rw chØ lµ mét kh©u PI Ch­¬ng IV M« pháng b»ng Simulink 1.M« pháng m¹ch vßng dßng ®iÖn §Æc tÝnh qu¸ ®é cña m¹ch vßng dßng ®iÖn 2.M« pháng m¹ch vßng tèc ®é: §Æc tÝnh qu¸ ®é cña m¹ch vßng tèc ®é tµi liÖu tham kh¶o §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, Ph¹m Quèc H¶i, NguyÔn V¨n LiÔn, D­¬ng V¨n Nghi – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1999. TruyÒn ®éng ®iÖn – Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn V¨n LiÔn, NguyÔn ThÞ HiÒn – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1998. Lý thuyÕt ®iÒu khiÓn tù ®éng – Ph¹m C«ng Ng« - Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt Hµ néi 2000. §iÖn tö c«ng suÊt – NguyÔn BÝnh – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 2000. §iÖn tö c«ng suÊt vµ §iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn – Cyril W.Lander - Ng­êi dÞch Lª V¨n Doanh) – NXB Khoa häc kü thuËt Hµ Néi 1997.