Đề tài Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và khoan chi tiết điều khiển bằng điện - khí nén

u kích từ song song . 43 3.6 Họ các đường đặc tính cơ khi thay đổi điện trở mạch phần ứng 43 4.1 Cấu tạo của photodiode. 45 4.2 a) Sơ đồ phân cực cho Photodiot. b) Đặc tuyến V-A của Photodiot. 46 4.3 sơ đồ chân của IC LM324. 47 4.4 Sơ đồ mạch nguyên lý của mạch thu phát. 48 4.5 sơ đồ mạch lực hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ máy khoan 49 4.6 Cấu trúc và sơ đồ tương đương của IGBT. 50 4.7 a. Đặc tính tĩnh. b. Dòng Colecter khi dập tắt. 51 52 4.8 Sơ đồ mạch điều khiển máy khoan. 53 4.9 Hình dáng và cấu trúc của IC 567. 54 4.10 Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo dao động cho ra hai xung vuông có tần số f0 và 2 f0. 55 4.11 Sơ đồ chân của 74LS257N. 56 4.12 Sơ đồ mạch hợp kênh hai đầu vào. 56 5.1 Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ động cơ máy khoan. 58 6.1 Sơ đồ hành trình bước. 60 6.2 Sơ đồ mạch điều khiển điện khí nén. 61 7.1 Mô hình toàn bộ hệ thống. 6364 DẪN NHẬP Đặt vấn đề Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện, điện tử, tin học,Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng như hệ thống điều khiển điện – khí nén, bộ điều khiển PLC. Riêng nước ta sắp tới đây hàng rào thuế quan khu vực được loại bỏ, kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn do còn nhiều dây chuyền có công nghệ lạc hậu. Để có chỗ đứng và thế mạnh trên thương trường, nhà nước đặc biệt chú trọng đến ứng dụng và phát triển tự động trong sản xuất, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Là một kỹ sư điện công nghiệp, công việc sẽ gắn liền với điều khiển, vận hành hệ thống sản xuất. Khi còn đang ngồi trên ghế nhà trường, chúng em rất mong muốn là sẽ thiết kế được một dây truyền sản xuất tự động với những khối kiến thức đã được trang bị trong ba năm học vừa qua. Giúp cho chúng em có thêm những kinh nghiệm trong thực tế và hoàn thiện được khối kiến thức của mình hơn. II. Giới hạn đề tài -Do điều kiện học tập không được tiếp xúc nhiều với PLC, điện khí nén nên trong qúa trình khảo sát và thực hành với PLC và điện khí nén còn có nhiều khó khăn. PHẦN 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN 1.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén Hệ thống điều khiển bằng khí nén bao gồm: Thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển Tín hiệu nhiễu Đối tượng điều khiển Dây chuyền sản xuất XC Thiết bị điều khiển 2 XC 1 Tín hiệu điều khiển XC + Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lí như là đại lượng và, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiểu. Ví dụ: nút ấn, công tắc, cảm biến . + Phần tử xử lí tín hiệu:Xử lí tín hiệu nhận vào theo một quy tắc lôgíc xác định làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ :Van lôgícOR hoặc AND, rơ le. + Phần tử điều khiển: Điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trạng tháI của cơ cấu chấp hành. Ví dụ : van đảo chiều, van tiết lưu + Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thaí của đối tượng điều khiển, là đại lựơng ra của mạch điều khiển: Ví dụ : Xilanh , động cơ dầu. Phần tử đưa tín hiệu Cơ cấu chấp hành Phần tử xử lý và điều khiển Ví dụ: - Công tắc, nút bấm - Công tắc hành trình - Cảm biến bằng tia Ví dụ: - Van đảo chiều - Van chắn (Van một chiều, -Van logic OR, Van logic AND) - Van tiết lưu - Van áp suất - Phần tử khuyếch đại - Phần tử chuyển đổi tín hiệu ví dụ: - Xi lanh - Động cơ khí nén - Bộ biến đổi áp lực 1.2. Các phần tử điện: 1.2.1. Công tắc Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc các phần tử đưa tín hiệu. Hình 1.1 giới thiệu hai loại công tắc thông dụng Công dụng đóng – mở (on – off switch), xem hình 1.1a và công tắc chuyển mạch quay, xem hình 1.1b. a. Công tắc đóng mở b. Công tắc chuyển mạch Hình 1.1 Công tắc 1.2.2. Nút ấn Nút ấn đóng – mở ở hình 1.2a, khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua(mở), khi tác động (nhấn) dòng điện đi qua 3-4. Nút ấn chuyển mạch, biểu diễn và ký hiệu: Hình 1.2- Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở. b.Nút ấn chuyển mạch. 1.2.3. Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như là phần tử xử lí tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau, tùy theo công dụng. Phần trình bày tiếp theo sẽ giới thiệu một số loại rơle thông dụng, ví dụ như rơle công suất, rơle đóng – mở, rơle điều khiển, rơle thời gian. a. Rơle điều khiển. Nguyên lí hoạt động của Rơle điều khiển cũng tương tự như rơle đóng mạch (xem biểu diễn và ký hiệu ở hình 1.3; khác rơle đóng mạch ở chỗ là rơle điều khiển đóng, mở cho mạch có công suất nhỏ và thời gian đóng, mở của các tiếp điểm rất nhỏ (1 ms đến 10 ms). Hình 1.3 Kí hiệu rơle theo DIN 40713 b. Rơle thời gian tác động muộn Nguyên lí hoạt động của rơle thời gian tác động muộn (hình 1.4); tương tự như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. Hình 1.4 Rơle thời gian tác động muộn. a. Sơ đồ nguyên lí. b. Sơ đồ thời gian tác động muộn của phần tử khí nén. c. Kí hiệu. d. Biểu đồ thoèi gian. Cách nối các cực và tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn trong mạch điều khiển được biểu diễn ở hình 1. 5 Hình 1.5. Cách nối các cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn. c. Rơle thời gian nhả muộn Nguyên lí hoạt động của rơle thời gian nhả muộn (hình 1.6); tương tự như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, điốt tương đương như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. Hình 1.6 Rơle thời gian nhả muộn. a.Sơ đồ nguyên lý làm việc. b.Sơ đồ thời giannhả muộn của phần tử khí nén. c.kí hiệu . d.Biểu đồ thời gian. Cách nối các cực và tiếp điểm rơle thời gian nhả muộn trong mạch điều khiển được biểu diễn ở hình 1.7. Điều chú ý là cổng B2 nối với cực dương +. Hình 1.7. Phương pháp lắp ráp rơle thời gian nhả muộn. 1.2.4. Công tắc hành trình điện cơ Nguyên lí hoạt động của công tắc hành trình điện – Cơ được biểu diễn ở hình 1.8. Khi con lăn chạm cữ hành trình, thì tiếp điểm 1 nối với 4. Hinh 1.8. Công tắc hành trình điện cơ. Cần phân biệt các trường hợp ở hình 1.9 khi lắp hành trình điện – Cơ trong mạch Hình 1.9. Hai dạng kí hiệu của công tắc hành trình điện cơ. Trạng thái thường đóng khi không có tác động. Trạng thái thường đóng khi có tác động. 1.2.5. Công tắc hành trình nam châm Công tắc hành trình nam châm thuộc loại công tắc hành trình không tiếp xúc. Nguyên lí hoạt động, kí hiệu được biểu diễn ở hình 1.10. Hình 1.10. Công tắc hành trình nam châm . 1.2.6. Cảm biến cảm ứng từ Nguyên tắc hoạt động của cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.11. Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, trong kim loại đó sẽ hình thành dòng điện xoáy. Như vậy năng lượng của bộ dao động sẽ giảm, dòng điện xoáy sẽ tăng, khi vật cản càng gần cuộn cảm ứng. Qua đó biên độ dao động của bộ dao động sẽ giảm. Qua bộ so, tín hiệu ra được khuyếch đại. Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Hình 1.11. Nguyên ký hoạt động của cảm biến cảm ứng từ. Cách lắp trong mạch và ký hiệu cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.12 Kí hiệu. Hình dạng thực,cách lắp Hình 1.12. Cách lắp và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ. 1.2.7. Cảm biến điện dung Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung biểu diễn ở hình 1.13. Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại hoặc phi kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, điện dung tụ điện thay đổi. Như vậy tần số riêng của bộ dao động thay đổi. Qua bộ so, và bộ nắn dòng, tín hiệu ra được khuyếch đại. Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Hình 1.13. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung. Cách lắp trong mạch và ký hiệu cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 1.14. Hình 1.14 Kí hiệu cảm biến điện dung. 1.2.8. Cảm biến quang Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dung biểu diễn ở hình 1.15 gồm 2 phần: Bộ phận phát Bộ phận nhận Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điốt phát quang; Khi gặp vật chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại vào bộ phận nhận. Như vậy ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi sẽ được xử lí trong mạch và cho tín hiệu ra sau khi khuyếch đại. Hình 1.15 Cảm biến quang. Tuỳ theo vị trí sắp xếp của bộ phận phát và bộ phận nhận, người ta phân biệt thành 2 loại chính; cảm biến quang một chiều (hình 1.16a) và quang biến quang phân hồi (hình 1.16b). Hình 1.16 a.Cảm biến quang một chiều . b.Cảm biến quang phản hồi. Thông thường cảm biến quang có kí hiệu như sau: a. b. Hình 1.17. Kí hiệu cảm biến quang. a. Nút điều chỉnh khoảng cách. b.Kí hiệu. 1.3. Các phần tử điều khiển: 1.3.1. Van đảo chiều a. Van đảo chiều bằng nam châm điện Van đảo chiều đièu khiển bằng nam châm điện kết hợp với khí nén ó thể điều khiển trực tiếp ở hai dầu van hoặc là gián tiếp qua van phụ trợ .Hình dưới đây biểu diễn một số ký hiệu loại: Van đảo chièu điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện và lò xo Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện cả hai phía Van đảo chiều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện cả hai phía Van đảo chiều điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén Ký hiệu các loại điều khiển +) Điều khiển trực tiếp: Cấu tạo và ký hiệu của van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện Thân van. Cuộn dây nam châm điện. Lõi sắt từ. Vòng đệm chắn. Lò xo. Hộp nam châm điện. Mặt tựa. Hình 1.18 : Van 2/2 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện +) Điều khiển gián tiếp (bằng van phụ trợ) Nguyên lý của van đảo chiều 3/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén được biểu diễn, gồm 2 van: van chính và van phụ trợ .Khi van ở vị trí “không”của cửa nối với nguồn P sẽ nối với nhánh b, để van chính nằm ở vị trí b 1. Thân van chính . 7. Mặt tựa . 2. Cuộn dây . 8. Lõi sắt từ. 3. Nòng van . 9. Nút điều chỉnh bằng tay. 4. Vòng đệm chắn . 10. Vòng đệm chắn . 5. Lò xo Hình 1.19: Cấu tạo và kí hiệu van đảo chiều 3/2điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén. * Van đảo chiều 3/2 kí hiệu: * Van đảo chiều 5/2: kí hiệu: +) Một số loại van đảo chiều: 1.3.2. Van chắn: Van chắn là loại van chỉ cho lưu lượng khí nén đi qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. áp suất dòng chảy tác động lên bộ phận chặn của van và như vậy van được đóng lại. Van chắn gồm các loại sau: Van một chiều Van logic OR Van logic AND Van xả khí nhanh a, Van một chiều: Van một chiều có tác dụng chỉ cho lưu lượng khí nén di qua một chiều, chiều ngược lại bị chặn. Nguyên lý hoạt động và ký hiệu van một chiều, hình vẽ. Dòng khí nén đi từ A qua B, chiều từ B qua A dòng khí nén bị chặn. Hình 1.20: Van một chiều b. Van logic OR (hoặc) Hình 1.21: Van logic OR c. Van logic AND (và) Khi có dòng khí nén qua cửa X,sẽ đẩy pitông trụ của van sang vị trí bên phải, như vậy cửa Y bị chặn. Hoặc là khi có dòng khí nén qua cửa Y, sẽ đẩy pittông trụ sang vị trí bên trái, cửa X bị chặn. Nếu dòng khí nén đồng thời đi qua cửa X và Y, cửa A sẽ nhận được tín hiệu, tức là khí nén sẽ đi qua cửa A. Như vậy van logic AND có chức năng là nhận tín hiệu điều khiển cùng một lúc ở những vị trí khác nhau trong hệ thống điều khiển. d. Van xả khí nhanh: Khi có dòng khí nén đi qua cửa P, sẽ đẩy pittông trụ sang phải, chắn cửa R, như vậy cửa P nối với cửa A. Trường hợp ngược lại, khi dòng khí nén đi từ A, sẽ đẩy pittông trụ sang trái, chắn cửa P và như vậy cửa A nối với cửa R. Van xả khí nhanh thường lắp ở vị trí gần cơ cấu chấp hành, ví dụ pittông có nhiệm vụ xả khí nhanh ra ngoài. Hình 1.22: Van xả khí nhanh 1.4. Cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng áp suất khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xylanh), hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). 1.4.1. Xylanh a. Xylanh tác động đơn (Xylanh tác động một chiều). áp lực tác động vào xylanh đơn chỉ một phía, phía ngược lại do lực lò xo tác động hay do ngoại lực tác động (hình vẽ). Lực tác động lên pittông được tính theo công thức: FZ = A.PE – FR –FF Hình 1.23: Lực tác dụng lên xylanh tác dụng đơn b. Xylanh tác dụng hai chiều( xylanh tác dụng kép) Nguyên lý hoạt động của xylanh tác dụng 2 chiều (tác dụng kép) là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía của xylanh. Xylanh tác dụng 2 chiều: 1 cửa nối mặt đáy pittông, 2 cửa nối mặt trước của pittông, 3 mặt trước pittông, 5 bề mặt xylanh, 6 bề mặt pittông, 7 diện tích cần pitttông, 8 đáy xylanh, 9 nắp xylanh. Hình 1.24: Xylanh tác dụng kép c. Xylanh tác dụng 2 chiều, không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy Hình 1.25: Xylanh tác dụng kép không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy. d. xylanh tác dụng 2 chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy Hình 1.26: Xylanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy 1.4.2. Các loại động cơ khí nén a. Động cơ bánh răng Theo thiết kế động cơ bắnh răng chia làm 3 loại: Động cơ bánh răng thẳng. Động cơ bắnh răng nghiêng, Động cơ bánh răng chữ V. Động cơ bánh răng thường có công suất đến 59kw với áp suất làm việc 6bar và mô men quay đạt tới 540Nm * Động cơ bánh răng thẳng: Mô menn quay được tạo ra bởi áp suất khí nén lên mặt bên răng.ống thải khí được thiết kế dài để có nhiệm vụ giảm tiếng ồn * Động cơ bánh răng nghiêng: Nguyên lý hoạt động như bánh răng thẳng,chú ý là ổ lăn phải chọn để khử được lực hướng trục và lực dọc trục * Động cơ bánh răng chữ V: Có ưu điểm là giảm tiêng ồn Hình 1.27: Động cơ bánh răng b. Động cơ trục vít: Hai trục quay của động cơ trục vít có biên dạng lồi và biên dạng lõm. Số răng của mỗi trục khác nhau. Điều kiện để hai trục quay ăn khớp là hai trục phải quay đồng bộ Hình 1.28: Động cơ trục vít c. Động cơ cánh gạt: Nguyên lý làm việc của động cơ cánh gạt: Khí nén được dẫn vào cửa 1,qua rẵnh vòng 2 vào lỗ dẫn khí nén 3. Dưới tác dụng áp suất lên cánh gạt, rô to quay. Khí nén được thải ra ngoài bằng lỗ 8.(hình vẽ) Để chuẩn bị cho động cơ khởi động,cách gạt phải được áp sát vào thành rô to; Một số hãng sản xuất đã chế tạo lỗ dẫn khí nén vào đựoc dẫn từ mặt bích trên của động cơ Hình 1.29: Cấu tạo của động cơ cánh gạt d. Động cơ píttông hướng kính: Động cơ hướng kính có công suất từ 1,5-11kw. Nguyên lý hoạt động áp suất khí nén tác động lên pit tông 2, qua thanh truyền 3 làm trục khuỷu quay. Để cho trục quay không bị va đập và tảỉ trọng đều trong lúc quay, thường bố trí nhiều xi lanh. Hình 1.30: Động cơ pittông hướng kính e. Động cơ píttông dọc trục Động cơ pít tông dọc trục phần lớn được sắp sếp 5 xy lanh dọc theo trục gắn trên đĩa đu đưa.Mô men quay được tạo thành bởi lực tiếp tuyến của xy lanh tác động.Động cơ xy lanh dọc trục điều khiển vòng quay được vô cấp và đạt được mô men quay 900Nm Hình 1.31: Động cơ pittông dọc trục f. Động cơ tua bin Nguyên lý hoạt động của động cơ tua bin là chuyển đổi động năng của động cơ khí nén qua vòi phun thành năng lượng cơ học vì vậy động cơ đạt số vòng quay rất cao(10000v/p) động cơ tua bin được phân chia theo hướng dòng khí nén thành các loại dọc trục, hướng trục, tiếp tuyến và tua bin tia phun tự do Hình 1.32: Động cơ tua bin dọc trục g. Động cơ màng Nguyên lý hoạt động của động cơ màng: Khi dòng khí nén vào cho dòng dao động. Nếu nối màng với thanh truyền với bánh con cóc thì sẽ chuyển động quay không liên tục Hình 1.33: Động cơ màng PHẦN 2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY KHOAN. 2.1. Động cơ điện một chiều. a. Ưu điểm: - Tạo ra được mô men quay lớn. - Điều chỉnh tốc độ một cách dễ dàng (có thể điều chỉnh tốc độ không đổi hoặc điều chỉnh tốc độ thay đổi theo tải trong một vùng rộng). - Hiệu suất lớn, làm việc ổn định, giá thành rẻ. - Được sử dụng rất phổ biến trong thực tế. b. Nhược điểm: - Trong thực tế chúng ta thường sử dụng lưới điện xoay chiều, vì vậy chúng ta phải biến đổi từ điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều. 2.2. Động cơ xoay chiều 3 pha. a. Ưu điểm: - Với động cơ không đồng bộ 3 pha thì có cấu tạo đơn giản,giá thành hạ, vận hành tin cậy, chắc chắn, đồng thời có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. - Với động cơ đồng bộ 3 pha thì có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cos và hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao. - Với động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp thì có thể tạo tần số hay giữ điện áp không đổi khi tải thay đổi. b. Nhược điểm: - Với động cơ không đồng bộ 3 pha thì không dùng được những phương pháp và thiết bị đơn giản để điều chỉnh tốc độ trong một phạm vi rộngvà bằng phẳng, tiêu thụ công suất phản kháng lớn, làm hệ số cos của lưới điện thấp. - Với động cơ đồng bộ 3 pha thì khi khởi động và hãm rất phức tạp. - Với động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp thì có kết cấu phức tạp, giá thành cao. 2.3. Động cơ xoay chiều một pha có vành góp. a. Ưu điểm: - Tốc độ quay lớn. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng. b. Nhược điểm: - Giá thành đắt. - Việc đổi chiều rất khó khăn. - Hiệu suất làm việc không cao vì có tổn hao sắt và tổn hao phụ. *) Tóm lại: Từ những ưu, nhược điểm của các loại động cơ trên ta sẽ chọn được động cơ điện một chiều làm động cơ truyền động cho máy khoan, vừa đảm bảo được điều kiện làm việc, vừa đảm bảo về kinh tế (do giá thành của động cơ điện một chiều rất rẻ ).Trong động cơ điện một chiều gồm có: động cơ điện một chiều kích thích song song, động cơ điện một chiều kích thích độc lập, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp và động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp.Ta đi xét đặc tính cơ của từng loại động cơ điện một chiều như sau: +) Động cơ điện kích thích song song hoặc kích thích độc lập. Với những điều kiện U= C, It= C, khi M (hoặc I) thay đổi , từ thông của động cơ điện cũng hầu như không đổi,vì thực ra ảnh hưởng làm giảm bớt từ thông của phản ứng ngang trục của phần ứng rất nhỏ cho nên phương trình đặc tính cơ n = -.R có thể viết dưới dạng n = n0- R ., và đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song là một đuờng thẳng (như hình 2.1). Đường đặc tính đó ứng với trường hợp trên mạch của phần ứng không có điện trở phụ và được gọi là đặc tính cơ tự nhiên. 0 Mđm(Iđm) M (I) Hình 2.1.đường đặc tính cơ của động cơ kích thích song song Do R rất nhỏ nên khi thay đổi tải từ không đến định mức, tốc độ giảm rất ít (khoảng 2 đến 8% tốc độ định mức) cho nên đặc tính cơ tự nhiên của động cơ kích thích song song rất cứng. Với đặc tính cơ như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong trờng hợp tốc độ hầu như không đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại…). +) Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp. Ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính làdòng điện phần ứng It = I =I. Vì vẩytong một phạm vi khá rộng có thể biểu thị: Trong đó hệ số tỉ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I (0,8 đến 0,9)Iđm thì hơi giảm xuống do ảnh hưởng bão hoà của mạch từ. Như vậy biểu thức mômen sẽ có dạng: M = CM..I Và kết hợp với biểu thức: n = -.R => n = - R Nếu bỏ qua R thì : n = hay M = . Như vậy khi mạch từ chưa bão hoà đặc tính của động cơ điện một chiềukích từ nối tiếp có dạng đường hypebol bậc hai như hình 2.2(đường 1). Ta thấy rằng ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi M tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) có trị số rất lớn. Cũng vì vậy không được cho loại động cơ điện này làm việc ở những điều kiện có thể xảy ra mất tải như dùng đai truyền, vì khi xảy ra đứt hoặc trượt đai truyền tốc độ quay rất cao. Thông thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiểu P2 = (0,2 đến 0,25)Pđm . Trên thực tế do ảnh hưởng của bão hoà khi tải tăng, tốc độ của dộng cơ giảm ít hơn theo đường nét đứt (hình 2.2). Hình 2.2: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp Với đặc tính cơ mềm như vậy, động cơ điện kích thích nối tiếp rất ưu việt trong những nơi điều kiện cần mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong một vùng rộng (đầu máy kéo tải, xe điện, cần trục…). +) Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp. Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể được chế tạo sao cho tác dụng của các dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngược nhau; Song trên thực tế người ta chỉ sử dụng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích thích hỗn hợp ngược không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định. Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại động cơ kích thích song song và động cơ kích thích nối tiếp. Khi tải tăng từ thông tăng, do đó đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của không mạnh như trường hợp động cơ điện kích thích nối tiếp, cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ điện kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, đặc tính cơ của các loại động cơ điện nói trên được trình bày trên hình vẽ. Hình 2.3. họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp Trong đó: đường 1- ứng với kích thích hỗn hợp bù đường 2- ứng với hỗn hợp ngược đường 3 - ứng với kích thích song song đường 4- ứng với kích thích nối tiếp Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp được dùng trong những nơi cần điều kiện mô men mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong một vùng rộng. => Như vậy: từ các phân tích trên ta thấy động cơ một chiều kích từ song song là phù hợp để lựa chọn làm động cơ truyền động cho máy khoan. PHẦN3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHO MÁY KHOAN Như ở phần trước ta lựa chọn động cơ truyền động cho máy khoan là động cơ điện một chiều kích từ song song. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với loại động cơ khác không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Đối với động cơ điện một chiều kích từ song song ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau: 3.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Khi thay đổi điện áp phần ứng, ta được họ đặc tính cơ song song nhau(cùng độ cứng) với các tốc độ không tải lý tưởng khác nhau như trên Hình3.1. Quá trình điều chỉnh tốc độ được giải thích trên Hình 3.2. Hình3.1: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ song song khi thay đổi điện áp Hình3.2: Quá trình thay đổi tốc độ khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1 ứng với điện áp phần ứng là U1. Khi giảm điện áp phần ứng xuống U2, động cơ chuyẻn sang làm việc tại điểm B trên đường đặc tính 2. Lúc này, mô men động cơ MB nhỏ hơn mô men cản MC nên động cơ giảm tốc theo đường 2. Tới điểm Đ thì MĐ =MC và động cơ quay ổn định với tốc độ <. Khi tăng tốc, quá trình cũng được giải thích tương tự. Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm E có tốc độ trên đường đặc tính cơ 4 ứng với điện áp U4 trên phần ứng. Để tăng tốc, điện áp phần ứng được nâng lên U3..Động cơ sẽ chuyển điểm làm việc từ điểm E trên đường đặc tính 4 sang điểm G trên đường đặc tính 3(=). Lúc này mô men động cơ là MG>MC nên động cơ tăng tốc theo đường 3. Tới điểm H thì momen động cơ giảm bằng momen cản(MĐ =MC) và động cơ sẽ quay ổn định tại điểm H với tốc độ>. Phương pháp điều chinh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm: - Điện áp phần ứng càng giảm tốc độ động cơ càng nhỏ. - Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D 10:1. - Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh. - Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (Vì chỉ có thể thay đổiUƯUđm). 3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Ta thấy, khi RKT thay đổi thì từ thông cũng thay đổi theo Khi thay đổi từ thông, ta được một họ đường đặc tính cơ với tốc độ không tải lý tưởng khác nhau và độ cứng khác nhau như trên Hình 3.3 hay Hình 3.4. Lúc đó, ta được các tốc độ khác nhau ứng với cùng mômen tải MC. Hình 3.3: Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ điện một chiều kích từ song song khi thay đổi từ thông Hình 3.4 : Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có đặc điểm: - Từ thông càng giảm, tốc độ động cơ càng lớn. - Điều chỉnh trên giảI điều chỉnh D3:4. - Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông. - Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng(vì chỉ có thể thay đổi <). 3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng. Khi thay đổi điện trở mạch phần ứng, ta được một họ các đường đặc tính cơ có cùng tốc độ không tải lý tưởng nhưng với các độ dốc khá