Tài liệu tham khảo1
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
thêm nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ
sư điện những kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch
và xử lý trong công tác kỹ thuật hiệ
n tại.
Để đáp ứng những nhu cầu khó khăn đó em được giao nhiệm vụ làm đồ
án "Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập".
Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học
ở trường kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất của nhà máy trong thời gian
em thực tập đã giúp em hiểu sâu hơn, biết vận dụng được lý thuyết được học
ở trường vào thực tiễn.
Đồ án của em gồm có 5 chương, giới thiệu về công nghệ cán thép nóng,
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 khảo4H1.3. Cấu tạo giá cán
1.3. CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KIỆN CÁN
Khi cho phôi kim loại vào hộp cán thì phôi bị kẹp và ép chặt giữa hai
trục cán quay ngược chiều nhau, kết quả là bề dày của phôi giảm đi, chiều dài
của phôi tăng lên, chiều rộng cũng tăng chút ít.
Coi máy cán có hai trục cán giống hệt nhau, quay ngược chiều nhau với
cùng tốc độ và phôi cán có cơ tính đồng đều, kí hiệu các đại lượng của phôi.


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 khảo6
2221
1112
LV/FF
LV/FF
λ= = = (1-3)
Nếu coi độ mở rộng là không đáng kể (B
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
thì trục cán không ngoạm được phôi
Nếu P
x
<T
x

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
+ 2
BC

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.
ΔB = B
2
– B
1
(1-10)

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
một tiết diện nào đó. Tốc độ phôi bằng tốc độ dài trục cán. Tiết diện này gọi
là tiết diện tới hạn. Góc tâm tương ứng γ gọi là góc tới hạn.
Lý thuyết cán cho biết, góc tới hạn tính theo công thức
V

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]
Trị số áp suất ép trung bình phụ thuộc vào thành phần hoá học của
phôi, T
0

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
h1
δ
=−

⎛⎞
+−δ−
⎢⎥
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
=
⎢⎥
δ+
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦

H
0
: bề dày phôi
Tài liệu tham khảo12H17: 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
hi
cần để làm biến dạng phôi và khắc phục lực ma
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
Lực tác dụng P

Tài liệu tham khảo14
Thay (1-18), (1-19) vò (1-23) có
M
1
= P
tb
. B
tb

ϕ
. R.
Δ
h
Mô men truyền động cho cả hai trục
M
hi
= 2P
tb
. B
tb
.
ϕ
. R.
Δ
h (1-24)
Mô men ma sát tính theo công thức


như theo loại máy cán, kết cấu…
Đường cong suất tiêu hao năng lượng có dạng như hình (H1.8) thường
nó biểu thị quan hệ w=f(x) theo độ kéo dài hoặc tiết diện phôi.
Tài liệu tham khảo15

H1.9: Đường cong suất tiêu thụ năng lượng khi cán

Phương pháp này sẽ càng chính xác nếu các điều kiện cán tính toán
càng sát với điều kiện xây dựng đường cong suất tiêu hao năng lượng. Do
vậy, khi tính toán phải chọn đường cong càng gần điều kiện máy thiết kế càng
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
.
Δ
W. F. D (1-26)
Trong đó:
F: tiết diện phôi ở lần cán đang tính (mm
2
)
D: đường kính trục làm việc (mm)
Δ

7
.
Δ
W. F. D
M = 1,4. 10
7
. 376. 1444.10
-6
. 200.10
-3

M = 1250 (KNm)
Trong đó
Δ
W = 376. 10
3
là STHNL của lần cán đang tính và lần cán trước đó
F = 1444 mm
2
tiết diện cán ở lần cán đang tính
D = 200mm đường kính trục làm việc.
Từ các chỉ số M
đt
= 1250 (KNm)
α
=
KW.RN
164 t.m
⎛⎞
⎜⎟

α
: chỉ số kỹ thuật của động cơ
Vậy ta chọn động cơ loại M
π
9000-1300
Loại ĐC
P
đm
(Kw)
U
(V)
n
(vg/ph)
M
đm
α

U
kt
I
kt
M
π
6-1300
600 600 600/1300 1250 164 262V/68V 25A/66A

Tài liệu tham khảo18

U
đm
, I
đm
, w
đm
, n
đm
, f
đm
, R
đm
.
Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*”
ví dụ: điện áp tương đối là U
*
, mô men tương đối là M
*
.
Tài liệu tham khảo19
như vậy một số thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối
nhự sau:
*
®m
U
U
U

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
a. Kích từ song song b. Kích từ độc lập

Khi nguồn một chiề
u có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần
ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ độc lập (hình 21b).
C
ct
R
kt
R
f
I
I
R
f
Uö
R
kt
Ukt
Uö
Tài liệu tham khảo20

ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct

r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
: điện trở cuộn dây cực từ phụ
r
ct
: điện trở tiếp xúc cuộn bù
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức

−
PN
E..K..
2a
=φω=φω
π
(2-2)

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
: thay giá trị I
ư
vào (2-3) ta có

()
−−f
2
®t
URR
.M
K.

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 khảo22

H2.2. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều KTĐL
H2.3. Đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều KTĐL
Khi
ω
= 0 ta có

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.
ω=
φ()
2
−

= 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
φ
β=−
= const

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


H2.5. Các đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi thay đổi điện trở phụ
mạch phần ứng R
f4
> R
f3
> R
f2
> R
f1
.
ω
0
ω
Tài liệu tham khảo25
Ứng với một phụ tải M nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng
giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng giảm.
Phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ
phía dưới tốc độ cơ bản.
c. Ảnh hưởng của từ thông
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U
đm
= const

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông,
nên khi từ thông giảm thì
ω
0x
tăng, còn
β
sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ
với
ω
0x
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

H2.6. Đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi giảm từ thông (
φ
2
<
φ
1
<
φ
đm
)
a. Đặc tính cơ điện; b. Đặc tính cơ
ω
ω
02
ω
01
ω
0