Đồ án Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giường (tham khảo 1)

xác cao. Vì vậy, máy bào giường là 1 thiết bị thuộc máy công cụ có thể đẩy mạnh sản xuất trong công nghiệp. Máy bào giường có chiều dài từ 1,5 á 12m. Tuỳ thuộc vào chiều của bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành 3 loại: Hình 1. Cấu tạo máy bào giường Chi tiết gia công Bàn máy Dao cắt Bàn dao đứng Xà ngang + Máy cỡ nhỏ: Lb Ê 3m, FK = 30 á 50 kN + Máy cỡ trung bình: Lb = 4 á 5m; FK = 50 á 70 kN + Máy cỡ nặng: Lb ³ 5m; FK > 70 kN * Quá trình làm việc nguyên lý Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt 3 được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao đứng 4 được đặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển theo chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm 2 hành trình: thuận và ngược. ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt. ở hành trình ngược, bàn máy chạy về vị trí ban đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. Các CĐP là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong quá trình không tải. * Đồ thị tốc độ của bàn máy – CĐC máy bào giường (h2-4) Tính cho 1 chu kỳ, thời điểm ban đầu đầu hành trình thuận bàn máy tăng tốc độ V01 = 5 á 15m/ph trong 1 khoảng thời gian là t1 (tốc độ vào dao). Sau khi chạy ổn định với tốc độ V01 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (thời gian có tải hay còn là thời gian vào dao – dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết). Hết khoảng thời gian t2 bàn máy tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt) = Vz ẻ wĐC = 20 á 75 m/ph. Trong khoảng thời gian t4 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết. Hình 2: Đồ thị tốc độ bàn máy của máy bào giường Gần hết hành trình thuận, bàn máy từ từ giảm tốc độ đếnV02 dao chuẩn bị ra khỏi chi tiết chuẩn bị cho hành trình ngược. Khi bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng, thực hiện quá trình không tải, đưa bàn máy trở về vị trí ban đầu. Hết hành trình ngược (V03) khoảng thời gian t10 đảo chiều sang hành trình ngược. Khi bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng, thực hiện quá trình không tải, đưa bàn máy trở về vị trí ban đầu. Hết hành trình ngược (V03) khoảng thời gian t10 đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện 1 chu kỳ khác. + Vth = 5 á (75 á 120) m/ph + Vzmax = 75 á 120 m/ph + Vng = kVth với k = 2 á 3 – tăng năng suất của máy => Vng>Vth. + n: năng suất của máy + TCK: thời gian của 1 chu kỳ làm việc của bàn máy (s) + tth: thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận (s) + tng: thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược (s) * Tính toán phụ tải truyền động chính của máy bào giường. Công thức: FK = FZ + Fms. + FK: lực kéo tổng (N) + FZ: lực cắt (N) + Fms: thành phần lực ma sát (N) * Hành trình thuận (có tải) FK = FZ + Fms = FZ + m [FY + g (mc + mb)] + FY = 0,4FZ: thành phần thẳng đứng của lực cắt (N) => FK = 30.103 + 0,081 [0,4.30.103 + 9,8 (1000 + 1000)] = 30.103 [1 + 0,081.0,4] + 9,8.0,081.2.103 = 30.103.1,0324 + 1,5876.103 = 32.103(N) = 32 (kN) * Hành trình ngược (không tải): FZ = 0 => FK = Fms = mg (mct + mb) = 0,081 (1000 + 1000) = 0,081.(2.103) = 0,162.103 = 162 (N) Hình 3. Đồ thị phụ tải TĐC của MBG II. Hệ truyền động của MBG 1. Truyền động chính của MBG Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỷ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ nhỏ nhất trong hành trình thuận). + Vngmax: tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược = 75 á 120 m/ph + Vthmin: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận = 4 á 6 m/ph => D = (12,5 á 30)/1 Thông thường, hệ thống truyền động điện (TĐĐ) sử dụng động cơ một chiều (ĐM) được cấp nguòn từ bọ biến đổi (BBĐ). Theo yêu cầu của đồ thị phụ tải H3-5 điều chỉnh tốc độ được thực hiện theo 2 vùng. + Vùng (1) thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi từ (5 á 6)/1 với mômen trên trục động cơ là hằng số ứng với Vb tăng từ Vmin = (4 á 6) m/ph => FK = PK = const. ở vùng (2) thông thường điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh từ thông nhưng sử dụng phương pháp này thì giảm năng suất của máy, vì thời gian qtqđ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn. Vì vậy người ta mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ đảo trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ưngs (Uư). ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ Ê 5% khi phụ tải tăng từ 0 á định mức. Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu phải êm, tránh va đập trong bộ truyền với độ tác động cực đại. Thông thường hệ TĐC của MBG như sau: + MBG cỡ nhỏ: Lb < 3m; Fk = 30 á 50 kN D = (3 á 4)/1 Hệ TĐC: ĐK – khớp ly hợp hoặc động cơ không đồng bộ rôto dây quấn ( ĐK) Hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐM) +hộp tốc độ + MBG cỡ trung bình: Lb = (3 á 5) m; FK = 50 á 70 (kN) D = ( 6 á 8)/1 Hệ TĐC: FM - ĐM + Máy cỡ nặng: Lb > 5 (m) F=K > 70 (kN) D ³ (8 á 25)/1 Hệ TĐC: + FM - ĐM có bộ khuếch đại trung gian + Hệ CL dùng T - ĐM. Truyền động ăn dao TĐAD có tính chất, chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc 1 lần (từ thời điểm đảo chiều từ ngược -> thuận và lết thúc trước khi dao cắt vào chi tiết). Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao: D = (100 á 200)/1 Lượng ADmax = (80 á 100) mm/hành trình kép Cơ cấu AD làm việc với tần số lớn, có thể đạt 100- lần/giờ. TĐAD được thực hiện bằng ĐK roto lồng sóc và hộp tốc độ. Di chuyển đầu dao nhanh thực hiện theo 2 chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Thông thường TĐAD sử dụng hệ thống điện – cơ: Hệ thống điện (HTĐ) trục vít - ecu S = wtv . t . T + Hệ thống điện (HTĐ) bánh răng - thanh răng: S = wtr . Z . t . T Với: S: lượng ăn dao (mm/hành trình kép) + wtv, wbr: tốc độ góc trục vít, bánh răng (1/s) + Z: số bước răng của bánh răng + t: bước răng của trục vít hoặc thanh răng (mm) + T: thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng (s). Với máy trung bình TĐAD sử dụng bộ phận chính là hệ thống đĩa số răng trên các đĩa khác nhau. Số đĩa sẽ là số cấp ăn dao ứng với 1 tốc độ của trục làm việc. Số đĩa là 7 hoặc 8 đĩa. 7 đĩa + hộp tốc độ 3 cấp => S = 0,5 á 50 mm/htr kép. 8 đĩa + hộp tốc độ 3 cấp => S = 0,5 á 100 mm/htr kép Với j = 1,26 Số răng trên đĩa xác định lượng ăn dao. Mỗi đĩa sẽ ứng với 1 lượng ăn dao. Phần ứng rơle R sẽ di chuyển tựa trên các đĩa, khi gặp răng trên đĩa rơle R nhả, tác động đến mạch điều khiển và cắt điện động cơ TĐĂD. Hình 4. Hệ thống truyền động ăn dao MBG * Truyền động phụ Truyền động phụ đảm bảo di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng đầu dao trong hành trình ngược, được thực hiện bởi ĐK và NCĐ. Chương II Tính chọn công suất động cơ - phương án TĐĐ máy bào giường. I. Tính chọn công suất động cơ: Trong hệ truyền động điện (TĐĐ) bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện – cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của TĐĐ. Mong muốn lớn nhất trong hệ TĐĐ là tốc độ làm việc của TĐĐ do công nghệ yêu cầu đạt được tốc độ như mong muốn. Tuy nhiên, trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ thường tăng do sự biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây sự sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt. Do đó, việc lựa chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu công nghệ cho hệ TĐĐ của máy công cụ là một mục tiêu để đảm bảo duy trì sự làm việc lâu dài, ổn định, chất lượng, kinh tế … cho thiết bị và chi tiết cần gia công. Đối với MBG như ở chương I đã trình bày ta tóm tắt lại các chuyển động bao gồm như sau: * CĐC: là sự di chuyển qua lại của bàn máy mang chi tiết gia công gồm nhiều chu kỳ, mỗi chu kỳ có 2 hành trình: + Hành trình thuận: hành trình cắt gọt (có tải) + Hành trình ngược: hành trình đưa bàn máy về vị trí ban đầu (không tải) * CĐP : di chuyển nhanh bàn dao, bơm dầu bôi trơn, lên xuống xà… TĐ phụ không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, tốc độ ổn định (M,w = const). Ta chọn động cơ rôto lồng sóc (Pđm = 0,25 á 1,7 (kW); Uđm = 220v/380v). * CĐAD: là chuyển động tịnh tiến của bàn dao có tính chất chu kỳ, thực hiện trong thời gian ngắn tính từ thời điểm ban đầu đảo chiều từ hành trình ngược đến hành trình thuận và kết thúc trước khi dao ăn vào chi tiết. 1. Chọn PĐ truyền động chính (TDC) của MBG Đặc điểm TĐC của máy bào giường là đảo chiều với tần số lớn, Mkđ, Mhãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc. Chiều dài hành trình bàn càng giảm, ảnh hưởng của qtqđ càng tăng. Vì vậy khi chọn PĐ TĐC – MBG cần xét cả phụ tải tĩnh lẫn phụ tải động. a) Số liệu ban đầu: Vth = 35 (m/p) wmin = Vth/r Vng = 70 (m/p) wmax = Vng/r r = 0,024 (m) h = 0,81 m = 0,081 Lb = 3(m) FZ = 30 (kN) mb = 1000 (kg) mct = 1000 (kg) b) Chọn sơ bộ động cơ: ứng với mỗi chế độ cắt gọt, ta xác định FK trên trục vít của bộ truyền, công suất đầu trục cơ và công suất tính toán. FK = FZ + (Gb + Gct + Fy) m + Fz: lực cắt (N) + Gb, Gct: trọng lượng bàn, chi tiết (kg) + Fy = 0,4 FZ : thành phần lực cắt thẳng đứng (N) => FK = 30.103 + (1000 + 1000 + 0,4.30.103).0,081 = 31,134 (kN) Công suất động cơ trong hành trình thuận: (kw) + Với hệ thống TĐĐ máy bào giường là bộ biến đổi ( BBĐ) - Động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng ta chọn động cơ như sau: Ptt = Pth. (kw) + MBG luôn làm việc ở chế độ non tải vì lý do công nghệ do đó ta chọn PĐ như sau: PĐ (kw) Ta chọn động cơ 1 chiều của Liên Xô kiểu ế - 92T: Pđm = 67,5 (kw) Uđm = 220 (V) Iđm = 306 (A) fđm = 50 (Hz) h = 79% hđm = 1500 (v/ph) wđm = 157 (Rad/s) P = 1 * Tính toán các thông số: + Rư = 0,5 (1 - hđm) = 0,076 (W) + Lư = (H) + Tư = (s) Phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập: Uư Rư . M w= - = 1,76 - 0,048M Kf (Kf)2 + KL: hệ số = 5,5 á 57 với máy không bù + Mđm = (N.m) + Tư chuẩn = Tư + Tv0 = 0,035 + 0,016 = 0,05 (s) Các thông số tính toán gần đúng theo công thức: II. Chọn phương án truyền động điện: 1. Khái niệm chung: Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt so với các loại động cơ khác, không những có 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. Thực tế có 2 phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: + Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ. + Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ. Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi (BBĐ). Các BBĐ này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ BBĐ chính: + BBĐ máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy điện khuếch đại (KĐM). + BBĐ điện từ: khuếch đại từ (KĐT). + BBĐ chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu Tiristor (CLT) + BBĐ xung áp một chiều: Tiristor hoặc Tranzistor (BBĐXA). Tương ứng với việc sử dụng các BBĐ mà ta có các hệ truyền động như: + Hệ truyền động máy phát - động cơ (MF - Đ) + Hệ truyền động máy điện khuếch đại động cơ (MĐKĐ - Đ) + Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristor - động cơ (T-Đ) + Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ). Ngoài ra các hệ TĐ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều được phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời tuỳ thuộc vào các phương pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở 1 góc phần tư, hai góc phần tư, bốn góc phần tư. 2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Là quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ. w = f(M) hoặc n = f(M) - Xét ảnh hưởng của Uư: F = Fđm = const; Rư = const; biến thiên theo hướng giảm so với Uđm. Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì F kích từ được giữ nguyên, do đó Mtải cho phép của hệ sẽ là: Mccp = KFđm . Iđm = Mđm Khi làm việc ở chế độ xác lập M do động cơ sinh ra đúng bằng Mtải trên trục. 3. Các phương án cho hệ thống truyền động đối với động cơ một chiều a) Hệ thống truyền động F-Đ: Là hệ TĐĐ mà BBĐ là máy phát (MF) 1 chiều kích từ độc lập. MF này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và coi tốc độ của MF là không đổi. Hệ F-Đ có khả năng chịu quá tải lớn, trạng thái làm việc linh hoạt. Nhưng có nhược điểm là dùng nhiều máy điện quay, trong đó có ít nhất là 2 máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt cao, nhược điểm lớn nhất là máy phát điện một chiều do có từ dư, đặc tính từ hoá trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. b) Truyền động Tiristor - động cơ 1 chiều (T-Đ) Do chỉnh lưu Tiristor dẫn dòng theo 1 chiều và chỉ điều khiển được khi mở, còn khoá theo điện áp lưới cho nên thực hiện đảo chiều phức tạp hơn F - Đ. Nhưng cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển của hệ T-Đ có đảo chiều lại an toàn cao và có logic điều khiển chặt chẽ, có 5 loại sơ đồ chỉnh lưu được dựa theo 2 nguyên tắc. + Giữ nguyên chiều IƯĐ và đảo chiều IKTĐ + Giữ nguyên chiều IKTĐ và đảo chiều IƯĐ * Phương án I: Truyền động dùng BBĐ cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều IKTĐ. Kiểu phương án này dùng cho hệ truyền động công suất lớn rất ít đảo chiều. Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phương án I * Phương án II: Truyền động dùng BBĐ cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (giữ I= const). Phương án này thường dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp. Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phương án II * Phương án III (a) Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung (b) Truyền động dùng 2 bộ biến đổi theo sơ đồ chéo điều khiển chung. Phương án này dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao, thực hiện đảo chiều êm nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư lớn. Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phương án III * Phương án IV Phương án này sẽ được sử dụng cho hệ truyền động mà đề tài đã yêu cầu. Hệ truyền động dùng 2 BBĐ cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Được dùng cho mọi giải công suất và có tần số đảo chiều lớn. Sơ đồ khối hệ truyền động MBG Sơ đồ mạch điều khiển Sơ đồ các tín hiệu điều khiển b) Nguyên lý truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển riêng: Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có 2 BBĐ: BBĐ1 và BBĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung phụ thuộc vào b1 và b2 (là các tín hiệu logic). Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả như sau: Trong khoảng thời gian từ 0 á t1, BBĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc a1 p/2, dòng phần ứng giảm dần về 0, lúc này cắt xung điều khiển để khoá BBĐ1. Thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện SI1. Trong khoảng thời gian trễ t = t3 – t2, BBĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t3, sđđ động cơ vẫn còn dương, tín hiệu logic b2 kích cho FX2 phát xung mở BBĐ2 với góc a2 > p/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vượt giá trị cho phép, động cơ được hãm tái sinh. Nếu nhịp điệu giảm a2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm 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. Trên sơ đồ của khối logic thì iLđ, iL1, iL2 là các tín hiệu logic đầu vào, b1 và b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển iLđ = 1, phát xung điều khiển mở BBĐ1 iLđ = 0, phát xung điều khiển mở BBĐ2 i1L (i2L ) = 1; có dòng điện chảy qua BBĐ1 (BBĐ2) b1 (b2) = 1; khoá bộ phát xung FX1 (FX2) Khoảng thời gian trễ được đảm bảo bởi các mạch xung có độ rộng không đổi t. Mạch điều khiển nhờ bộ logic (có đảo chiều) có dạng: B1 = + i2L; b2 = iLd. + i1L Sơ đồ mạch logic * Thiết kế BBĐCL Thyristor: - Yêu cầu đối với bộ chỉnh lưu: Nguồn điện lưới V: 3 x 380V, 50Hz Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển - đảo chiều Điện áp chỉnh lưu: Ud = 220 (V) Dòng chỉnh lưu: Id = 306 (A) Dòng hiệu dụng cầu 3 pha: Ihd = Id/ = 306/ = 176,7 (A) Phía sơ cấp đấu D, phía thứ cấp đấu Y (D/Y) Tăng số vòng dây , giảm thiết diện dây lần. - Tính chọn máy biến áp( MBA): máy biến áp nguồn dùng để tạo điện áp U2 phù hợp với điện áp động cơ và cách ly phần mạch lực BBĐ với lưới điện. Điện áp sụt trên thyzistor nối tiếp = 2V Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp nối D/Y. (V) + Ud0: điện áp chỉnh lưu không tải = 220.1,34 + 2 ằ 297 (V) Tỷ số MBA: Dòng thứ cấp MBA: (A) - Công suất MBA: P = 3.U2.I2 = 3.127.353,3 = 134607 (VA) = 134,6 (KVA) + Dòng điện bên sơ cấp MBA: Id1 = P/.U1 = 134,6/.380 = 208,4 (A) + Chọn van Thyzistor trong BBĐ: Giá trị dòng: (A) => Itbmax thực = 336 (A) Giá trị điện áp: Ungmax thực = 1,05 U2 = 312 (V) Ung van = = 535 (V) (Với K1 = K2 = 1,2 là hệ số dự trữ của van) Chọn Thyzistor do hãng G.E của Mỹ chế tạo: C392 Uim = 600 (V) di/dt = 800 A/ms Itb = 550 (A); fđm = 50 Hz du/dt = 200 V/ms toff = 10 ms Uđiều khiển chuẩn = 6V tx = 200 ms Iđiều khiển chuẩn = 1A a = 6405’ Ki = 1,2 Ku = 1,2 Chế độ làm mát = quạt gió Bảo vệ dòng điện cho van : ATOMAT Uđm: 220v Iđm: 1,1 á 1,3 x ệ3 x Iđ = 478,2 á 326,6 (A) R C T Bảo vệ quá áp : Chọn R = 5,1W Chọn C = 0,25mF Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt các tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với tiristor. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược gây ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá trình điện áp giữa Anod và Catod của tiristor khi có mạch R-C mắc song song với tiristor, tạo ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên tiristor không bị quá điện áp. Chươn g III Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp hệ I. Xây dựng cấu trúc điều khiển 1. Cấu trúc chung: Với mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm boả giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động nhiễu loạn lên hệ điều chỉnh. + M: động cơ truyền động + Mx: máy sản xuất + BBĐ: thiết bị biến đổi năng lượng + ĐL: thiết bị đo lường + R: bộ điều chỉnh + THĐ: tín hiệu đặt cho hệ thống + NL: tín hiệu nhiễu loạn. 2. Sơ đồ cấu trúc Đối với hệ TĐĐ 1 chiều cấu trúc cơ bản có dạng điều khiển nối tiếp gồm 2 mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ: + Mạch vòng tốc độ có chức năng nâng cao độ ổn định tốc độ động cơ. + Mạch vòng dòng điện có chức năng điều chỉnh dòng, điều chỉnh gia tốc, bảo vệ động cơ khỏi quá dòng. * Cấu trúc cơ bản của hệ TĐĐ 1 chiều: Mạch vòng dòng điện: Mạch vòng tốc độ: RI: bộ điều chiều trỉnh dòng của hệ thống Rw: bộ điều chỉnh tốc độ UđI: định lượng đặt Uđw: định lượng đặt BBĐ: bộ biến đổi HCD: hạn chế lượng đặt của UđI I: tín hiệu dòng cần điều khiển Đầu ra là tốc độ động cơ Đ0I: lấy khâu phản hồi dòng điện * Sơ đồ cấu trúc của hệ: Với phương án chọn hệ điều khiển như ở chương II đã nêu ta xây dựng được cấu trúc điều khiển của hệ như sau: Hệ truyền động T - Đ có đảo chiều dùng cho MBG BBĐ2 BBĐ1 + Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lượng được điều chỉnh là tốc độ góc của động cơ điện. + Để đảo chiều, trong hệ thống dùng 2 bộ BBĐ, BBĐ1 và BBĐ2 nối song song ngược. Các máy phát xung FX1 và FX2 phát xung điều khiển cho cả 2 BBĐ này. Các bộ điều chỉnh Ri1 và sensor dòng Si1, Ri2 và sensor dòng Si2 tạo thành các mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện: Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc… Hệ truyền động điện động cơ quay để kéo bàn máy MBG có hằng số thời gian cơ học lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng nên có thể coi sức điện động của động cơ ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện. Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện PI RI: bộ điều chỉnh dòng điện BBĐ: bộ chỉnh lưu cầu 3 pha – có đảo chiều Si: Sensor dòng điện Tđk, TV0: hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều khiển chỉnh lưu. Tư: hằng số thời gian phần ứng của động cơ Rư: điện trở mạch phần ứng Ti: hằng số thời gian của sensor dòng điện KCL, Ki: hệ số khuếch đại của chỉnh lưu và sensor dòng điện * Hệ số khuếch đại của chỉnh lưu: . sina + Ed0 = 2,34.U2 = 2,34.127 = 297 (V) mà Ed = Ed0 cos a => cosa = => a = 6405’ + TCL = Tv0 = = 0,3.10-3 ằ 1 (ms) + w = 2pf = 3,14 Rad/s => KCL = 297.0,9.0,3.0,2 = 16 + Ti = Tđk = 1 (ms) + Tư = = 0,05 (s) Uđk Uđk wt a wto p/2 Hàm truyền của mạch vòng dòng điện (của định lượng điều chỉnh) áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul, ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI. Trong đó ta đã chọn Tsi = Ti + Tđk = 1 (ms); a = 2 Hàm truyền của mạch vòng kín sẽ là: (KI = Uđi => I = ) => Fki (P) = b) Tổng hợp mạch vòng tốc độ Hệ số khuếch đại của sensor tốc độ Hằng số thời gian lọc: Tw = 1 (ms) Ta có: Đặt: TS’ = TSi + 0,5 Tw = 0,002 + 0,005 = 0,007 Khi đó định lượng điều chỉnh có hàm truyền: Theo tiêu chuẩn tối ưu modul ta xác định được hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu P (với hệ số a2 = 2; Tc = 0,15) Rw(P) = KP = Chương iV MACH Điều khiển thyzistor I. Nguyên lý mạch điều khiển - Thyzistor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp đặt vào Anốt và xung áp dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi Thyzistor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng dòng điện chảy qua do thông số của mạch động lực quyết định. C = 0,47mF - Mạch điều khiển có chức năng + Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi điều chỉnh ứng với nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Anốt – Ktốt của Thyzistor. + Tạo ra được các xung điều khiển đủ điều kiện mở được thyzistor (xung điều khiển có biên độ và độ rộng được xác định) Cấu trúc mạch điều khiển + Ucm : Điện áp điều khiển một chiều. + Us : điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng bộ với điện áp UAK của Thyristor. + Bằng các tác động vào Ucm có thể điều chỉnh được vị trí xung điều khiển, cũng chính là điều chỉnh góc điều khiển a. II. Nguyên tắc điều khiển - Để điều khiển vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thyzistor, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển “arcos”. Theo nguyên tắc này, ta sử dụng 2 điện áp: + Điện áp đồng bộ Us vượt mức UAK = Umsinwt của thyzistor 1 góc p/2; Us = Umcoswt. + Điện áp điều khiển Ucm là điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được đồng bộ qua các bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện (Rw, Ri). Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì hi Us = Ucm ta nhận được 1 xung rất mảnh ở đầu ra khi khâu này lật trạng thái: Ucm = Um cosa Do đó: a = arccos () Như vậy, khi điều chỉnh Ucm từ Ucmmin á Ucmmax ta điều khiển được (a = amin á amax). Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng (arccos) III. Cấu trúc từng khối chức năng 1. Các bộ điều chỉnh Rw và Ri: Bộ điều chỉnh là 1 phần tử quan trọng nhất trong hệ điều chỉnh tự động bởi vì nó đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ. Bộ điều chỉnh có 2 nhiệm vụ: - Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ - Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lượng động và tĩnh của hệ. Trong hệ thống sử dụng 2 bộ điều chỉnh: - Bộ điều chỉnh tỷ lệ dùng để điều chỉnh tốc độ bởi vì nó có tính năng trong tốc độ tác động nhanh, có tính ổn định coa và thời gian điều khiển rất ngắn. (P). U = Km.e; wm (P) = K - Bộ điều chỉnh tỷ lệ – tích phân (PI) dùng để điều chỉnh dòng điện bởi quy luật của khâu tỷ lệ tích phân có qu điểm là tốc độ tác động nhanh do có thành phần tỷ lệ và triệt tiêu được sai số do có thành phần tích phần. wm(P) = Km () U = Km () * Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện (dùng tiêu chuẩn tối ưu modul): Tư = R3.C (với K’i là hệ số truyền của bản thân sensor dòng điện). Để tạo lọc F, thường nối thêm tụ CK song song với điện trở R3 sao cho R3CK = Tf và R3 (C + CR) = Tư. * Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ: Cấu trúc các bộ điều chỉnh Rw và Ri Uđk 2. Sensor dòng điện - SS1: Sensor thu thuận. - SS2: Sensor thu ngược. Yêu cầu đặt ra với bộ đo dòng điện 1 chiều và điện áp 1 chiều, ngoài việc đảm bảo chính xác còn đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển. Ta có thể sử dụng phương pháp điến điệu để truyền tín hiệu tỷ lệ với dòng 1 chiều thông qua chế độ cộng hưởng từ. 3. Sensor tốc độ Sử dụng máy phát tốc 1 chiều $TY/220 tốc độ định mức = 1500 V/p. Pđm = 23,2 W, chọn R = 10 KW; C = 10 mF. Mạch đo tốc độ bằng máy phát tốc 1 chiều 4. Mạch hạn chế dòng Mạch hạn chế dùng để hạn chế lượng đặt dòng điện và hạn chế tín hiệu điều khiển Uđk không vượt quá đỉnh của điện áp so sánh với Uđk tức là không lớn hơn 10V. 5. Khâu so sánh tín hiệu: Khâu so sánh tín hiệu dùng khuếch đại thuật toán OA operation Amplifier. ở đây, ta sẽ so sánh tín hiệu của đại lượng đồng bộ với tín hiệu điện áo nguồn Us và tín hiệu của đại lượng đặt – tín hiệu điều khiển Ucm. Các điện áp Us và Ucm với cực tính ngược nhau được đặt vào cổng đảo của OA. Mạch so sánh hai tín hiệu 6. Khâu tạo