Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống truyền động
Thyriotor - Động cơ một
chiều cho máy doa ngang
2620, truyền động ăn dao
đm
= 0,86.
Lưới đơn xoay chiều 220/380
V
- 50Hz
Dải điều chỉnh tốc độ 1:1000
Sai số điều chỉnh tốc độ s%= 5%.
III. Nội dung các thuyết minh và tính toán;
1/ Giới thiệu các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor
3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực
4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở
5/ Thiết kế mạch
điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu
moodul.
IV. Các bản vẽ đồ thị:
05 bản vẽ Ao
LỜI NÓI ĐÀU
Điện năng là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi và là một nhu cầu tất
yếu trong sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển của ngành
công nghiệp điện là sự phát triển của các loại máy điện nói chung, trong đó máy
điện một chiều nói riêng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp,
đặc biệt là động cơ điệ
n một chiều được dùng nhiều trong các ngành như cán thép,
hầm mỏ, giao thông, vận tải…. Mặc dù các loại máy một chiều có giá thành cao,
bảo dưỡng khó, nguồn cấp một chiều bị hạn chế. Nhưng do các đặc tính ưu việt về
tự động và các đặc tính làm việc cùng phạm vi điều chỉnh tốc độ mà các loại máy
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hướng dẫn em tận tình.
Do thời gian và trình độ củ
a bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhưng
đồ án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong được sự chỉ bảo các thầy cô để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.
PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620,
TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO I. KHÁI NIỆM
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 với độ chính xác
nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công
Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại.
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 3 -
Thiết bị điện điện tử II. MÁY DOA NGANG
Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan
lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính
xác và độ bóng cao.
- 4 -
Thiết bị điện điện tử Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng
bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ
điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng.
2.. Truyền động ăn dao:
Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1.
Lượng ăn dao
được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di
chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph.
Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi
khi tốc độ trục chính thay đổi.
Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống
truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm
b
ảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động.
PHẦN II - CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU.
I. KHÁI NIỆM CHUNG:
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng các phương pháp thuần tuý điện,
U
KT
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 5 -
Thiết bị điện điện tử Sức điện động E
ư
được xác định bởi biểu thức :
ωω
π
Φ=Φ= K
a
pN
E
u
2
(1-2)
Trong đó:
P: Số đôi cực
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb)
ω : Tốc độ góc (rad/s)
a
ư
R
ư
M
đt
KΦ (KΦ)
2
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ
U
ư
R
ư
KΦ (KΦ)
2
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Đồ thị của phương trình (1-6)
- Cắt trục hoành tại
U
ư
R
ư
- Cắt trục tung tại
I
ư
ư
M
(KΦ)
2
ω
O
: Tốc độ không tải lý tưởng
Δω: Độ sụt tốc
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:
1/ Khi điều chỉnh tốc độ người ta đưa ra một số các chỉ tiêu sau:
* Sai số tốc độ: Là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đật và
thường được tính theo %:
ω
đ
- ω
ω
đ
Trong đó: ω
đ
: Tốc độ đặt
ω : Tốc độ làm việc thực
* Độ trơn: Được định nghĩa:
ω
i + 1 ω
i
ω
O
=
Δω =
s% = 100%
ϒ =
D =
ω
TN
M
đm
M
nm
=(1,5-2)M
đm
M
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 7 -
Thiết bị điện điện tử
chuyển xuống dốc lớn hơn đường ĐTC Tn, tiếp tục thêm R
f2
ĐTC càng dốc. Nó bị
chận dưới tại ω
nm
và chặn trên tại ω
đm
Phương pháp này ω
O
không đổi, Δω được thay đổi liên tục.
Phương pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp → đặc tính và
tốc độ nhảy cấp.
* Ưu, nhược điểm:
Ta thấy: Công suất nhận từ lưới U
ư
I
đc
= M
ω
+ (R
ư
+ R
f
)I
2
đc
= M
ω
+ R
ω
ω
đmω
1
ω
2ω
nm
TN R
f1
R
f1
+R
f2
M
nm
dt
Trong đó:
r
b
: Điện trở dây quấn kích thích
r
b
: Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6
ω
k
: Số vòng dây quấn của dòng kích thích.
Khi điều chỉnh từ thông ta thấy tốc độ động cơ tăng cao hơn so với tốc độ
định mức.
Tốc độ lớn nhất bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện.
Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay động cơ thì đồng thời điều khiển
chuy
ển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất
nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức:
(KΦ)
2
K
ư
M M
dm
M I
ω ω
ω
max
ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên
φ
2
φ
1
φ
đm
+ -
I
E
r
k
W
k
r
bk
I
k THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 9 -
) động cơ điện một
chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ
biến đổi, v..v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều
thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi U
đk
. Các bộ phận có
R
b
và L
b
.
Hình 9
Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập
ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:
E
b
- E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ưđ
)
E
U
đk
E
b
(U
đk
) U E
ư
R
b
R
ưđ
ω = - I
ư
ω = ω
O
(U
đk
) -
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 10 -
Thiết bị điện điện tử
ω
Omax
. ⎪β⎪
⎪β⎪ M
đm
(K
M
- 1).M
đm
/⎪β⎪ K
M
- 1
Hình 10
Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn
bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại
đặc tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ
thấp nhất của d
ải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép
thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép.
Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là:
-
ω
min
= (M
nmmin
- M
đm
) = (K
M
- 1 )
ω
Omax
- - 1
D = =
ωω
Omax
ω
max ω
Omin
ω
= KΦ
đm
.I
đm
= M
đm
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đường
thẳng ω=ω
đm
, M=M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng là tổn hao trong
mạch phản ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E
ư
+ I
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
I
ư
E
b
= I
)
2
]
Hình 11
* Nhận xét:
- Giải điều khiển có thể đạt 5 ÷ 10, nếu đường đặc tính càng dốc thì giải điều
khiển càng phức tạp.
- Bộ biến đổi có điện trở càng lớn thì sai số càng nhiều.
- Độ trơn ϕ: Các bộ phận biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường
dòng điều khiển bé.
- Đối với động cơ
điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao
công suất ít.
- Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao,
chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức. η
ư
= U
1m
sinωt thì thứ cấp biến áp cảm ứng
một điện áp xoay chiều U
2
= U
2m
sinωt. Tại nửa chu kỳ Hình 12
đầu A có điện thế (+) hơn đầu B, ta có điện áp thuận (+) đặt trên Anode và điện thế
(-) đặt vào Katode của Thyristor. Nếu ta cấp xung điều khiển tại góc mở α nào đó
thì Thyristor sẽ dẫn dòng điện qua tải. ở nửa chu kỳ sau A(-) và B(+), lúc này có
điện thế ngược đặt trên Thyristor, lúc này Thyristor chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khóa, nửa chủ
kỳ tiếp theo khi A(+) và B(-), lại có xung điểu khiển cho
Thyristor , Thyristor lại dẫn tuần tự như trên, ở sơ đồ này có điện áp đập mạnh.
3/ Đồ thị điện áp sẽ có dạng như sau:
Hình 13
Từ đó điện áp trung bình ( đối với tải thuần trở)
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
U
1
U
2
R L
T α
1
α
2
ωt
π 2π 3π 4π
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 13 -
Thiết bị điện điện tử Nhận xét: Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản,
tuy vậy các chất lượng điện áp kỹ thuật như chất lượng điện áp 1 chiều, hiệu suất
sử dụng biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế.
⎛
+
=
2
cos1
α
dcd
UU
(V)
Với U
do
: Điện áp chỉnh lưu không điều khiển
U
do
= 0,9 U
2
(V)
- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục
U
d
= U
do
. cosα (V)
- Điện áp ngược mà van phải chịu
U
1
B T2
AT1
F R L E
t
t
t
t
b. T¶i R-L
a: T¶i R
p1 p2p3
UT1 UT1
Hính 15
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 14 -
Thiết bị điện điện tử U
nv
= 2√ 2 U
2
(V)
- Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:
dv
II
2
1
=
3/ Đồ thị: T2 T1
D1 D2
R L
d0
t1 t2 t3
Ud
Id
IT1
IT2
ID1
ID2
t
t
(V)
- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục
U
d
= U
do
. cosα (V)
Với U
do
= 0,9 U
2
- Điện áp ngược mà van phải chịu
U
nv
= 2√ 2 U
2
(V)
- Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:
dv
II
2
1
=
- Công suất máy biến áp:
S
ba
0
3/ Đồ thị điện áp và dòng điện π
2√2 A B C
a b c R
T1 T2 T3 L
Ud
Id
t1 t2 t3 t4
t
0THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 16 -
Thiết bị điện điện tử
- Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp:
I
hd
= I
d
/√ 3
- Dòng điện qua van là:
I
V
= I
d
/ 3
- Công suất máy biến áp:
S
6a
= 1,35 U
d
I
d
Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu 3 pha có chất lượng điện áp
1 chiều tốt hơn, biên độ đập mạch thấp hơn và số lần đập mạch trong một chu kỳ
nhiều hơn, việc điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn
giản.
Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng 1 chiều cho nên lõi sắt máy biến áp
chóng b
ị bão hoà
Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao cho co dây trung tính (Υ
0
) và dây
ủa pha A phía Anốt, ta cấp xung điểu
khiển X1 đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho T4 của pha B phía Katốt.
Các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuần
tự theo đúng thứ tự pha.
X anốt X Katốt
α
1
T1 T4
α
4
T2 T3
α
3
T3 T6
α
6
T4 T5
α
5
T5 T2
α
2
T6 T1
3. Đồ thị điện áp và xung điều khiển
- 18 -
Thiết bị điện điện tử Hình 21
- Điện áp tải trung bình khi dòng điện liên tục qua tải
U
d
= U
do
. cosα Với U
do
= 2,34 U
2
- Điện áp ngược pha van phải chịu:
U
NV
= √ 6 U
2f
Với U
2f
S
BA
= 1,05 . I
d
. U
d
* Các sơ đồ chỉnh lưu ở trên dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được
khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và
phức tạp. Cấu trúc mạch lực cũng như cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn
cao và logic điều khiển chặt chẽ.
VI. TRUYỀN ĐỘNG TIRISTO - ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY.
Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều.
- Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Trong thực tế các sơ
đồ đảo chiều đều thực hiện theo 1 trong 2 nguyên tắc trên và phân ra 5 loại sơ đồ
chính:
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 19 -
Thiết bị điện điện tử a. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo
chiều dòng kích từ.
b. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công
tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông φ không đổi)
L
KT
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 20 -
Thiết bị điện điện tử
e. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung:
Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu
cầu công nghệ
- Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều
- Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp
- Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiề
u lớn
- Loại d,e: Dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao
So với 3 loại trên thì nó đảo chiều êm hơn nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu
tư và tổn thất lớn hơn.
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển có thể chia làm 2 loại chính điều khiển
riêng và điều khiển chung
u
kt
u
kt
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Trong khoảng thời gian 0 ÷ t
1
, BĐ
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc α
1
<
2
π
còn bộ BĐ
2
khoá. Tại t
1
phát lệnh đảo chiều bởi i
Lđ
, góc điều khiển
α
1
tăng đột biến
đến lớn Rơn
π
được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm
α
2
phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì
dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện
bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 22 -
Thiết bị điện điện tử
Trên sơ đồ của khối logic LOG, i
Ld
, i
1L
, i
2L
là các tín hiệu logic đầu vào; b
1
, b
2
là
các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển
i
Lđ
= 1 phát xung điều khiển mở BĐ
t
0
1
i
L®
t
1
0
t
i
t
2
t
0
t
i
1L
t
0
i
2L
t
0
b
1
1
1
1
t
0
thì dòng điện chỉ có thể chảy từ BĐ
1
sang động cơ mà
không thể chảy từ BĐ
1
sang động cơ mà không chảy từ BĐ
1
sang BĐ
2
được. Để đạt
được trạng thái này thì góc điều khiển phải thoả mãn điều kiện:
α
2
≥
π
-
α
1
hay
β
2
≤α
1Nếu tính góc chuyển mạch
μ
CB
K
CB
i
cb
E
L
R
B§
2
I
cb
L
CB
L
CB
i
d1
B§
1
a
b
c
Ii
i
1
0
-1
1
E
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 24 -
Thiết bị điện điện tử Nếu chọn
21 dd
EE =
thì
α
1
+
α
2
=
π
và ta có phương pháp điều khiển chung đối
xứng, lúc này dòng điện trong mạch vòng giữa 2 bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng
điện trung bình chảy vòng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu:
I
cb
=
0
21
=
+
cb
các bộ chỉnh lưu C
d1
(t), C
d2
(t) luôn khác nhau, do đó vẫn xuất hiện thành phần xoay
chiều của dòng điện cân bằng. Để hạn chế biên độ dòng cân bằng thường dùng các
cuộn kháng cân bằng L
cb
Copyright: Tài liệu đại học ©