Luận văn

Thiết kế bộ điều khiển
động cơ một chiều kích
từ độc lập Tài liệu tham khảo

1
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công
nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong
công cuộc này đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt
chẽ lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất.
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử
, công nghệ
thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được
nhiều tiến bộ mới. Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng
rĩa trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói
riêng. Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người
mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao độ
ng, cải thiện
chất lượng sản phẩm.
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngày càng có

cán, ma sát giữa trục cán và phôi. Phôi cán ăn vào trục cán nhờ lực ma sát tiếp
xúc giữa phôi và trục cán, do cấu tạo trục quay nên khi phôi bị lực ma sát T
kéo vào khe hở giữa hai trục cán phát sinh ra lực P, lực P ta gọi là lực cán.
Dưới tác dụng của lực cán P vật cán bị giảm chiều cao từ H tơi h, phần kim
loại bị biến dạng trên chủ yếu làm cho vật cán dài ra, còn một phần làm cho
vật cán giãn r
ộng từ B tới b.

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình cán trong trục phẳng
Tài liệu tham khảo

3
1.2. MÁY CÁN
Máy cán là loại máy gia công kim loại bằng áp lực để cán ra sản phẩm
có hình dạng và kích thước nhất định, máy gồm 3 bộ phận chính như hình
H1.2
Giá cán là một thiết bị nằm trong máy cán mà tại đó xảy ra quá trình
cán. Cấu tạo giá cán như hình H1.3
Động cơ điện dùng động cơ một chiều, nguồn một chiều được cấp từ bộ
chỉnh lưu riêng. Hình 1.2: Cấu tạo máy cán Tài liệu tham khảo

4
, F
2
< F
1

1.3.1. Các thông số cơ bản
a. Hệ số kéo dài
Là tỷ số chiều dài sau khi cán và trước khi cán
()
2
1
L
1
L
λ= >
(1-1)
Sau n lần cán, hệ số kéo dài toàn phần
i
n
λ= λ
π
(1-2)
Nếu coi thể tích phôi không đổi (V
1
≈ V
2
) thì
Tài liệu tham khảo

6


H1.5. Lực của trục cán tác dụng lên phôi
Trục cán ngoạm phôi và cán ép được là nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất
hiện trên cung ngoạm AB khi trục quay. Nhưng ngoài trục kéo vào do trục
cán gây ra còn lực đẩy ra.
Nếu lực đẩy lớn hơn lực kéo vào thì trục cán không ngoạm được phôi.
Lúc ngoạm phôi trục cán tác dụng phôi lực
P
→
, đồng thời lực ma sát
T
→

tiếp tuyến với mặt tròn trục cán có xu hướng kéo phôi vào trục cán, phân tích
P
→
và
T
→
theo các phương yy và xx ta thấy.
Nếu P
x
>T
x

Khi cán nóng: Kms = m (1,05 – 0,0005t) = 0,25 ÷ 0,60
Trong đó:
t: Nhiệt độ kim loại,
0
C
m: Hệ số m = 1, cán nóng trên trục thép
a. Độ nén (ép)
Δh = H
1
– H
2
(1-8)
Từ hình (1-5) ta có
H
1
= H
2
+ 2BC
Nên Δh =
(
)
(
)
2BC 2 OB OC 2 R RCos=−=−α
(1-9)
Δh = D (1 - cosα)
b. Độ mở rộng (ngang)
Mục đích của cán là làm nhỏ và kéo dài phôi nên việc tăng chiều rộng
của phôi là điều không mong muốn. Độ mở rộng sẽ tăng khi tăng độ nén
đường kính trục cán và hệ số ma sát.

[]
2
VV
~%
V
−
=

Trong đó
V: Tốc độ dài trục cán
V
2
: Tốc độ phôi ra khỏi trục cán
Còn sự chậm sau là hiện tượng tốc độ và trục cán V
1
của phôi nhỏ hơn
tốc độ dài V của trục cán. H1.6: Hiện tượng vượt trước chậm sau
Như vậy ta có
V
1
< V < V
2
Và trong vùng biến dạng, tốc độ phôi tăng dần từ V
1
đến V
2
nên sẽ có

có độ vượt trước có thể xác định theo góc tới hạn
=
2
1
R
H
γ
(1-14)
ở đây: R – bán kính trục cán (mm)
H
1
– bề dày phôi trước khi cán (mm)
d. Áp lực lên trục cán khi cán
Khi cán, trục cán đặt một ngoại lực lên phôi để thắng nội trở biến dạng
của phôi. Phản lực của phôi gây ra áp lực lên trục cán.
Nếu ngọi P
th
là áp suất ép trung bình (N/mm
2
) và F
tx
là diện tích tiếp
xúc giữa phôi và trục cán (mm
2
) thì phản lực toàn phần đặt lên 1 trục cán là
P = P
th
. F
tx
[N]

11
Vì
sin 1 cos
22
α−α
= và theo (1-9)
D(1-cosα) = Δh nên
h1
sin
22DD
αΔ
== (1-18)
⇒ Áp lực lên trục cán khi cán
P = P
tb
. B
th
.
[
]
B. h NΔ
(1-19)
Trị số áp suất trung bình thường tính theo công thức của xelicop

()
()
c
tb c
2H
P 1,15.K . A A 1

δ
δ
⎡⎤
⎛⎞
+−δ−
⎢⎥
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
=
⎢⎥
δ+
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦

H
0
: bề dày phôi
Tài liệu tham khảo

12H17: Thông số kỹ thuật khi cán
1.4. TÍNH MÔ MEN TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CÁN
1.4.1. Phương pháp Xelicốp
Phương pháp này được dựa theo áp suất trung bình để tính toán mô
men truyền động trục cán bao gồm
Mô men hữu ích M

Vậy mô men cán là
Δ
α
α
Tài liệu tham khảo

13
M = M
hi
+ M
ms
+ M
0
+ M
đ

Mô men không tải thường bằng vài phần trăm mô men định mức của
động cơ kéo.
M
0
= (3 ÷ 5)% M
đm

Mô men hữu ích tính từ áp lực trên tục cán. Nếu coi biến dạng phôi
giống nhau ở 2 phía trục cán (
α
1
= α
2
) (H 1-7) ta có

Thay (1-18), (1-19) vò (1-23) có
M
1
= P
tb
. B
tb
ϕ. R. Δh
Mô men truyền động cho cả hai trục
M
hi
= 2P
tb
. B
tb
. ϕ. R. Δh (1-24)
Mô men ma sát tính theo công thức

1hi1
ms
Pd 1 M Pd
M1
ii
⎛⎞
μ+μ
⎛⎞
=+−
⎜⎟
⎜⎟
η

tốt. Nếu có sai khác thì phải điều chỉnh mô men cán cho lần cán đang tính sẽ
là:
M = M
tđ
+ M
ms
= 1,4. 10
7
. ΔW. F. D (1-26)
Trong đó:
F: tiết diện phôi ở lần cán đang tính (mm
2
)
D: đường kính trục làm việc (mm)
ΔW: hiệu sthnl của lần cán đang tính
1.5. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ.
Các động cơ một chiều công suất lớn dùng cho máy cán có cấu tạo đảm
bảo đặc tính động tốt nhất ở công suất định mức đã cho. Người ta dùng rộng
rãi các động cơ một chiều có nhiều tốc độ. Các động cơ này cho phép giảm
đường kính phần ứng và do đó giảm mô men quán tính của động cơ với cùng
công suất.
Kw.h/tÊn
Tài liệu tham khảo

16
Nâng cao tốc độ dài phần ứng, nâng cao hiệu suất mở rộng được dải
chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp.
Lựa chọn đúng công suất của động cơ điện có một ý nghĩa kinh tế rất
lớn bởi vì nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định giá thành ban đầu
và giá thành tiêu thụ vận hành ở các hệ thống truyền động điện khác nhau.

D = 200mm đường kính trục làm việc.
Từ các chỉ số M
đt
= 1250 (KNm) α =
KW.RN
164 t.m
⎛⎞
⎜⎟
⎝⎠

T = 5195 (Tm
2
)
Ta tính được công suất của động cơ ở lần cán có tiêu hao năng lượng
lớn nhất.

®m
®m
J 164.5195
P
M 1250
α
==
=556 (KW)
Trong đó
P
đm
: công suất định mức [KW]
Tài liệu tham khảo


18
CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

2.1. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
2.1.1. Khái niệm chung
Quan hệ giữa tốc độ và mô men của động cơ gọi là đặc tính cơ của
động cơ.
ω = f (M) hoặc n = f(M)
Quan hệ giữa tốc độ và mô men của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của
máy sản xuất.
Các đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm
ngược, ví dụ:
ω = f (M) hay M = f(ω).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ một chiều, người ta còn sử dụng đặc
tính có điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện
trong mạch động cơ. w = f (I) hay n = f(I).
Trong các biểu thức trên:
ω: tốc độ góc rad/s
n: tốc độ quay v/ph
M: mô men Nm
Trong nhiều trường hợp, để đơn giản trong tính toán hoặc dưới dạng so
sánh, đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thê dùng
hệ đơn vị tương đối.
Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối ta lấy tri số
của nó chia cho trị số cơ bản củ
a đại lượng đó. Trị số cơ bản được chọn là:
U
đm
, I
đm

M
M
=
;
®m
W
W=
W

*
®m
φ
φ
φ

Việc trọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán
được đơn giản, thuận tiện như: Tốc độ cơ bản ở động cơ một chiều kích từ
hỗn hợp và kích từ độc lập là tốc độ không tải lý tưởng
ω
0
, còn đối với động
cơ kích từ nối tiếp thì tốc độ cơ bản là
ω
đm
.
2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điệnáp không
đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng (hình 2.1a).

H2.1. Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều

ư
. (2-1)
Trong đó:
U
ư
: điệnáp phần ứng, V
E
ư
: sức điện động phần ứng, V
R
ư
: điện trở mạch phần ứng, Ω
I
ư
: dòng điện của mạch phần ứng, A
Với: R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct

r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng
r


−−f
−
URR
.I
K. k.
+
ω= −
φφ
(2-3)
Tài liệu tham khảo

21
Biểu thức (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác, mô men điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi
M
đt
= K.φ.I
ư
(2-4)

®t
−
M
I
K.
=
φ

K.
+
ω= − −
φ
φ
(2-6)
Đây là phương tình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông
φ = const, thì các phương trình
đặc tính cơ điện (2-3) và phương trình đặc tính cơ (2-6) là tuyến tính. Đồ thị
của chúng được biểu diễn trên hình 2-2 và 2 – 3 là những đường thẳng.
Theo các đồ thị, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:

−
0
U
K.
ω= =ω
φ
(2-7)
ω
0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.

Tài liệu tham khảo


dưới dạng:

−
0
URI
K. K
ω= − =ω −Δω
φφ
(2-10)

()
−
2
0
URM
K.
K.
ω= − =ω −Δω
φ
φ
(2-11)
Trong đó R = R
ư
+ R
f
,
−
0
U
K.

, điện trở phần ứng động cơ.
2.1.2.2. Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ
a. ảnh hưởng của điện áp phần ứng.
Giả thiết là R
ư
= const và φ = φ
đm
= const
Khi thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với U
đm
, ta có tốc
độ không tải.


x
ox
®m
U
Uvar
K.
==
φ

Độ cứng đặc tính cơ
(
)
2
−
K.
R

ư
= U
đm
= const và φ = φ
đm
= const.
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào
mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng.

®m
0
®m
U
K.
ω=
φ
= const
Độ cứng đặc tính cơ:
(
)
2
®m
− f
K.
M
KR
φ

mạch phần ứng R
f4
> R
f3
> R
f2
> R
f1
.
ω
0
ω