Tiểu luận Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của máy mài tròn

Ch­¬ng i: ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ vµ yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn . 1. §Æc ®iÓm c«ng nghÖ 1.1. Giíi thiÖu chung M¸y mµi cã hai lo¹i chÝnh: M¸y mµi trßn vµ m¸y mµi ph¼ng. Ngoµi ra, cßn cã c¸c lo¹i m¸y kh¸c nhau: m¸y mµi v« t©m, m¸y mµi r·nh, m¸y mµi c¾t, m¸y mµi r¨ng... Th­êng trªn m¸y mµi cã ô chi tiÕt hoÆc bµn ®Ó kÑp chi tiÕt vµ ô ®¸ mµi, trªn ®ã cã trôc chÝnh víi ®¸ mµi. C¶ hai ô ®Òu ®Æt trªn bÖ m¸y.
H×nh 1-1. S¬ ®å ph©n lo¹i m¸y mµi c«ng nghiÖp M¸y mµi trßn cã hai lo¹i: m¸y mµi trßn ngoµi vµ m¸y mµi trßn trong. S¬ ®å biÓu diÔn c«ng nghÖ mµi trßn ®­îc biÓu diÔn trªn h×nh 1-2.
H×nh 1-2. S¬ ®å gia c«ng chi tiÕt trªn m¸y mµi trßn C¸c d¹ng chuyÓn ®éng trong m¸y mµi trßn gåm cã: - ChuyÓn ®éng chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay cña ®¸ mµi. - ChuyÓn ®éng ¨n dao lµ di chuyÓn tÞnh tiÕn cña ô ®¸ ¨n dao theo h­êng däc trôc (¨n dao däc trôc) hoÆc theo h­íng ngang trôc (¨n dao ngang), hoÆc chuyÓn ®éng quay cña chi tiÕt (¨n dao vßng). - ChuyÓn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh cña ô ®¸ hoÆc chi tiÕt... 2. Yªu cÇu truyÒn ®éng ®iÖn m¸y mµi trßn 2.1. TruyÒn ®éng chÝnh Th«ng th­êng truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi kh«ng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é nªn sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. ë m¸y mµi cì nÆng, ®Ó duy tr× tèc ®é c¾t kh«ng ®æi khi mßn ®¸ hay kÝch th­íc chi tiÕt gia c«ng thay ®æi, th­êng sö dông truyÒn ®éng ®éng c¬ cã ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é lµ D=2 ( 4/1 víi c«ng suÊt kh«ng ®æi. ë m¸y mµi trung b×nh vµ nhá v = 50 ( 80 m/s nªn ®¸ mµi cã ®­êng kÝnh lín th× tèc ®é quay cña ®¸ kho¶ng 1000 vßng/phót. ë nh÷ng m¸y cã ®­êng kÝnh nhá, tèc ®é ®¸ rÊt cao. §éng c¬ truyÒn ®éng lµ c¸c ®éng c¬ ®Æc biÖt cã tèc ®é 24000 ( 48000 vßng/phót hoÆc cã thÓ lªn tíi 150000 ( 200000 vßng/phót, ®¸ mµi g¾n trªn trôc ®éng c¬. Nguån cña ®éng c¬ lµ c¸c bé biÕn tÇn, cã thÓ lµ c¸c m¸y ph¸t tÇn sè cao - biÕn tÇn quay hoÆc lµ c¸c bé biÕn tÇn tÜnh - biÕn tÇn thyristor. M«men c¶n tÜnh trªn trôc ®éng c¬ th­êng lµ 15 ( 20% m«men ®Þnh møc. M«men qu¸ tÝnh cña ®¸ vµ c¬ cÊu truyÒn lùc l¹i lín 500 ( 600% m«men qu¸n tÝnh cña ®éng c¬, do ®ã cÇn h·m c­ìng bøc ®éng c¬ quay ®¸ vµ kh«ng yªu cÇu ®¶o chiÒu quay ®éng c¬ quay ®¸. 2.2. TruyÒn ®éng ¨n dao ë m¸y cì nhá, truyÒn ®éng quay chi tiÕt dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé nhiÒu cÊp tèc ®é (®iÒu chØnh sè ®«i cùc p) víi D = (2 ( 4)/1. ë c¸c m¸y lín th× dïng hÖ thèng bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu (BB§ - §M), hÖ K§T - §M cã D = 10/1 víi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng. TruyÒn ®éng ¨n dao däc cña bµn m¸y trßn cì lín thùc hiÖn theo hÖ BB§ - §M víi d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é D = (20 ( 25)/1 cßn truyÒn ®éng ¨n dao ngang sö dông thuû lùc. 2.3. TruyÒn ®éng phô Sö dông ®éng c¬ kh«ng ®ång bé rotor lång sãc. 2. §Æc tÝnh c¬ cña m¸y mµi §Æc tÝnh cña c¬ cÊu s¶n xuÊt ®­îc kh¸i qu¸t b»ng ph­¬ng tr×nh:
trong ®ã: Mco - M«men øng víi tèc ®é (=0 Mdm - M«men øng víi tèc ®é ®Þnh møc (dm Mc - M«men øng víi tèc ®é ( q - sè mò phô thuéc vµo lo¹i c¬ cÊu s¶n xuÊt. Víi m¸y mµi nãi riªng vµ m¸y c¾t gät kim lo¹i nãi chung, q th­êng nhËn hai gi¸ trÞ q=1 (øng víi truyÒn ®éng chÝnh
vµ P = const) vµ q=0 (øng víi truyÒn ®éng ¨n dao Mc = M®m = const). Trong thùc tÕ, ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt kh«ng gi÷ ®­îc cè ®Þnh theo mét quy luËt trong toµn bé ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é mµ thay ®æi theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ hoÆc ®iÒu kiÖn tù nhiªn. §èi víi truyÒn ®éng chÝnh m¸y mµi trßn, nãi chung c«ng suÊt kh«ng ®æi (P = const) khi tèc ®é thay ®æi cßn m«men tû lÖ ng­îc víi tèc ®é
. Nh­ vËy, ë tèc ®é thÊp, m«men cã thÓ lín nªn kÝch th­íc c¸c bé phËn c¬ khÝ ph¶i chän lín lªn, ®iÒu ®ã kh«ng cã lîi. MÆt kh¸c, thùc tÕ s¶n xuÊt cho thÊy r»ng c¸c tèc ®é thÊp chØ dïng cho c¸c chÕ ®é lµm viÖc nhÑ (Fz vµ Pz nhá). V× vËy, ë vïng tèc ®é thÊp, ng­êi ta gi÷ m«men kh«ng ®æi cßn c«ng suÊt thay ®æi theo quan hÖ bËc nhÊt víi tèc ®é. §èi víi truyÒn ®éng ¨n dao, nãi chung m«men kh«ng ®æi khi ®iÒu chØnh tèc ®é. Tuy nhiªn, ë vïng tèc ®é thÊp, l­îng ¨n dao s nhá, lùc c¾t Fz bÞ h¹n chÕ bëi chiÒu s©u c¾t tíi h¹n t. Trong vïng nµy, khi tèc ®é ¨n dao gi¶m, lùc ¨n dao vµ m«men ¨n dao còng gi¶m theo. ë vïng tèc ®é cao, t­¬ng øng víi tèc ®é vz cña truyÒn ®éng chÝnh còng ph¶i lín, nÕu gi÷ Fad lín nh­ cò th× c«ng suÊt truyÒn ®éng sÏ qu¸ lín. Do ®ã, cho phÐp gi¶m nhá lùc ¨n dao trong vïng nµy, m«men truyÒn ®éng ¨n dao còng gi¶m theo.
H×nh 3-1. §å thÞ ®Æc tÝnh phô t¶i cña m¸y mµi Mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn cã ®iÒu chØnh gäi lµ tèt nÕu ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña nã gièng ®Æc tÝnh c¬ cña m¸y. Khi ®ã, ®éng c¬ ®­îc sö dông hîp lý nhÊt tøc lµ cã thÓ lµm viÖc ®Çy t¶i ë mäi tèc ®é. Nhê ®ã, hÖ thèng truyÒn ®éng ®Æt ®­îc c¸c chØ tiªu n¨ng l­îng cao. Nãi c¸ch kh¸c, cã thÓ lùa chän ®éng c¬ cã kÝch th­íc nhá nhÊt cho m¸y. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña truyÒn ®éng ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a c«ng suÊt hoÆc m«men cña ®éng c¬ víi tèc ®é. Víi ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng m¸y kh«ng ®æi ta sÏ cã: M = k(Iu = const; P = M( ( ( Khi ®iÒu chØnh tõ thèng, gi÷ ®iÖn ¸p phÇn øng kh«ng ®æi th× M = k(Iu (
; P = M( = const KÕt hîp c¶ hai ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh, ta cã ®å thÞ nh­ h×nh 3-2. §Æc tÝnh ®iÒu chØnh ë vïng nµy cã d¹ng gièng ®Æc tÝnh c¬ cña truyÒn ®éng chÝnh. Mét chØ tiªu quan träng ®Ó ®¸nh gi¸ chÊt l­îng mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ®é æn ®Þnh tèc ®é ((%. §­êng ®Æc tÝnh c¬ cµng cøng th× ®é æn ®Þnh tèc ®é cµng cao. Nãi chung, truyÒn ®éng ¨n dao yªu cÇu ((% ( (5 ( 10)% cßn truyÒn ®éng chÝnh yªu cÇu ((% ( (5 ( 15)%. CH¦¥NG ii : thiÕt kÕ Vµ TÝNH TO¸N M¹CH LùC CñA HÖ TRUYÒN §éNG A> C¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng Chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng lµ dùa trªn c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ kÕt qu¶ tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬, tõ ®ã t×m ra mét lo¹t c¸c hÖ truyÒn ®éng cã thÓ tho¶ m·n yªu cÇu ®Æt ra. B»ng viÖc ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ c¸c chØ tiªu kinh tÕ, kü thuËt c¸c hÖ truyÒn ®éng nµy, kÕt hîp tÝnh kh¶ thi cô thÓ mµ ta cã thÓ lùa chän ®­îc mét vµi ph­¬ng ¸n hoÆc mét ph­¬ng ¸n duy nhÊt ®Ó thiÕt kÕ. Lùa chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng tøc lµ ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng mét chiÒu hay xoay chiÒu, ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é phï hîp víi ®Æc tÝnh t¶i, s¬ ®å nèi bé biÕn ®æi ®¶m b¶o yªu cÇu truyÒn ®éng. Tõ nh÷ng ph©n tÝch vÒ ®Æc ®iÓm c«ng nghÖ, yªu cÇu truyÒn ®éng cña m¸y mµi trßn vµ nhiÖm vô thiÕt kÕ, ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn, ta ph¶i ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬, gi÷ tõ th«ng kh«ng ®æi. Víi ph­¬ng ¸n ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng vµ gi÷ tõ th«ng ®éng c¬ kh«ng ®æi th× ta cã c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng sau: - HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (HÖ F-§). - HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn thyristor- ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ T-§). - HÖ thèng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu ( HÖ XA-§). - HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ kh«ng ®ång bé dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tÇn sè (HÖ BiÕn tÇn - §éng c¬). I> HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ mét chiÒu (F-§) 1> CÊu tróc hÖ F-§ HÖ thèng m¸y ph¸t - ®éng c¬ lµ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn mµ bé biÕn ®æi ®iÖn lµ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. M¸y ph¸t ®iÖn nµy th­êng do ®éng c¬ s¬ cÊp kh«ng ®ång bé ba pha §K quay vµ coi tèc ®é quay cña m¸y ph¸t lµ kh«ng ®æi.
H×nh 4-1. S¬ ®å nguyªn lý hÖ F-§. S¬ ®å nguyªn lý mét hÖ F-§ ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh 4-1. §éng c¬ § truyÒn ®éng quay chi tiÕt cña m¸y mµi M ®­îc cÊp ®iÖn tõ m¸y ph¸t F. §éng c¬ s¬ cÊp kÐo m¸y ph¸t F víi tèc ®é kh«ng ®æi lµ ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé §K. Khi ®iÒu chØnh dßng ®iÖn kÝch tõ m¸y ph¸t iKF th× ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é kh«ng t¶i cña hÖ thèng cßn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ®­îc gi÷ nguyªn. 2>§Æc ®iÓm cña hÖ F-§ C¸c chØ tiªu chÊt l­îng cña hÖ truyÒn ®éng F-§ vÒ c¬ b¶n t­¬ng tù nh­ c¸c chØ tiªu hÖ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p dïng bé biÕn ®æi nãi chung. ¦u ®iÓm næi bËt nhÊt cña hÖ F-§ lµ sù chuyÓn ®æi tr¹ng th¸i lµm viÖc rÊt linh ho¹t, kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lín. Do vËy th­êng sö dông hÖ F-§ ë c¸c m¸y khai th¸c trong c«ng nghiÖp má. Nh­îc ®iÓm quan träng nhÊt cña hÖ F-§ lµ dïng nhiÒu m¸y ®iÖn quay, trong ®ã Ýt nhÊt lµ hai m¸y ®iÖn mét chiÒu, g©y ån lín, hiÖu suÊt thÊp (kh«ng qu¸ 75%), c«ng suÊt l¾p ®Æt m¸y Ýt nhÊt gÊp ba lÇn c«ng suÊt ®éng c¬ chÊp hµnh. Ngoµi ra, do c¸c m¸y ph¸t mét chiÒu cã tõ d­, ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã trÔ nªn khã ®iÒu chØnh s©u tèc ®é. Víi nh÷ng hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®ßi hái d¶i ®iÒu chØnh réng h¬n vµ cÇn ®iÒu chØnh s©u h¬n, æn ®Þnh tèc ®é tèt h¬n th× ph¶i thay m¸y ph¸t F b»ng c¸c nguån ¸p m¸y ®iÖn kh¸c nh­ c¸c m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i (MK§) vµ cã c¸c ph¶n håi n©ng cao chÊt l­îng. II> HÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn - ®éng c¬ mét chiÒu Tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã thÓ ®­îc ®iÒu chØnh trong ph¹m vi réng vµ b»ng ph¼ng nhê hÖ chØnh l­u - ®éng c¬ (hay hÖ truyÒn ®éng van mét chiÒu) trong ®ã c¸c bé chØnh l­u lµ ®iÒu khiÓn ®­îc. C¸c van ®iÒu khiÓn cã thÓ lµ ®Ìn thyraton, ®Ìn thuû ng©n, thyristor. HiÖn nay, do c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸n dÉn c«ng suÊt ph¸t triÓn nªn c¸c thyristor ®­îc sö dông réng r·i ®Ó t¹o ra c¸c bé chØnh l­u cã ®iÒu khiÓn bëi nh÷ng tÝnh chÊt ­u viÖt: gän nhÑ, tæn hao Ýt, qu¸n tÝnh nhá, t¸c ®éng nhanh, c«ng suÊt khèng chÕ nhá... Trong hÖ thèng truyÒn ®éng chØnh l­u ®iÒu khiÓn - ®éng c¬ mét chiÒu (CL-§), bé biÕn ®æi cã søc ®iÖn ®éng E® phô thuéc gi¸ trÞ cña pha xung ®iÒu khiÓn (gãc ®iÒu khiÓn (). ChØnh l­u cã thÓ dïng lµm nguån ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng hoÆc dßng kÝch tõ ®éng c¬. Tïy theo yªu cÇu cô thÓ cña truyÒn ®éng mµ cã thÓ dïng c¸c s¬ ®å chØnh l­u thÝch hîp (chØnh l­u cÇu, chØnh l­u tia ...). C¸c bé chØnh l­u thyristor dïng trong truyÒn ®éng ®iÖn mét chiÒu t¹o thµnh hÖ thèng truyÒn ®éng Thyristor - §éng c¬ (hÖ T-§). 1> CÊu tróc hÖ truyÒn ®éng thyristor-®éng c¬ (T-§) HÖ truyÒn ®éng T-§ lµ hÖ truyÒn ®éng ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng hoÆc thay ®æi ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn kÝch tõ cña ®éng c¬ th«ng qua c¸c bé biÕn ®æi chØnh l­u dïng thyristor. Trong hÖ T-§, nguån cÊp cho phÇn øng ®éng c¬ lµ bé chØnh l­u thyristor. Dßng ®iÖn chØnh l­u còng chÝnh lµ dßng ®iÖn phÇn øng ®éng c¬. ChÕ ®é lµm viÖc cña chØnh l­u phô thuéc vµo ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn vµ c¸c tÝnh chÊt cña t¶i. Trong truyÒn ®éng ®iÖn, t¶i cña chØnh l­u th­êng lµ cuén kÝch tõ (L-R) hoÆc m¹ch phÇn øng ®éng c¬ (L-R-E).
S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ truyÒn ®éng T-§. 2> §Æc tÝnh c¬ cña hÖ T-§ Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cho hÖ T-§ ë chÕ ®é dßng ®iÖn chØnh l­u liªn tôc:
§é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ lµ
trong ®ã R lµ tæng trë toµn m¹ch phÇn øng ®éng c¬ (gåm ®iÖn trë phÇn øng ®éng c¬ R­ vµ ®iÖn trë c¸c phÇn tö trong m¹ch nèi tiÕp víi phÇn øng ®éng c¬). Tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng phô thuéc vµo gãc ®iÒu khiÓn (:
. Tuy nhiªn, tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng nµy chØ lµ giao ®iÓm cu¶ trôc tung víi ®o¹n th¼ng cña ®Æc tÝnh c¬ kÐo dµi. Thùc tÕ, do cã vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng cña ®Æc tÝnh lµ lín h¬n. Hä ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ thèng trong tr­êng hîp nµy nh­ trªn h×nh 4-3 khi ®iÒu chØnh ë vïng d­íi tèc ®é ®Þnh møc. C¸c ®Æc tÝnh c¬ cña hÖ truyÒn ®éng T-§ mÒm h¬n hÖ F-§ v× cã sôt ¸p do hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c thyristor. Gãc ®iÒu khiÓn ( cµng lín th× ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ cµng nhá. Khi ®ã, ®Æc tÝnh c¬ h¹ thÊp vµ øng víi mét m«men c¶n Mc, tèc ®é ®éng c¬ sÏ gi¶m. Lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm chøng tá: khi phô t¶i nhá th× c¸c ®Æc tÝnh c¬ cã ®é dèc lín (phÇn n»m trong vïng g¹ch chÐo). §ã lµ vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n. Gãc ®iÒu khiÓn cµng lín (khi ®iÒu chØnh s©u) th× vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n cµng réng vµ viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é gÆp nhiÒu khã kh¨n h¬n. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n hÖ T-§, ta chØ cÇn x¸c ®Þnh biªn giíi vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n, lµ ®­êng ph©n c¸ch gi÷a hai vïng dßng ®iÖn liªn tôc vµ gi¸n ®o¹n. Biªn giíi gi÷a vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n vµ liªn tôc cã d¹ng ®­êng ellipse víi c¸c trôc lµ c¸c trôc to¹ ®é cña ®Æc tÝnh c¬:
DÔ dµng nhËn thÊy ®é réng cña vïng dßng ®iÖn gi¸n ®o¹n sÏ gi¶m nÕu ta t¨ng gi¸ trÞ ®iÖn c¶m L vµ t¨ng sè pha chØnh l­u p. Song khi t¨ng sè xung p th× m¹ch lùc chØnh l­u còng t¨ng ®é phøc t¹p vµ c¶ m¹ch ®iÒu khiÓn còng phøc t¹p h¬n. Cßn khi t¨ng trÞ sè L sÏ dÉn tíi lµm xÊu qu¸ tr×nh qóa ®é (t¨ng thêi gian qu¸ ®é) vµ lµm t¨ng träng l­îng, kÝch th­íc cña hÖ thèng. Biªn giíi nµy ®­îc m« t¶ bëi ®­êng cong nÐt ®øt trªn h×nh 4-3. 3> §Æc ®iÓm hÖ truyÒn ®éng Thyristor - ®éng c¬ ¦u ®iÓm næi bËt nhÊt cña hÖ T-§ lµ ®é t¸c ®éng nhanh cao, kh«ng g©y ån vµ dÔ tù ®éng ho¸ do c¸c van b¸n dÉn cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt rÊt cao. §iÒu ®ã rÊt thuËn tiÖn cho viÖc thiÕt lËp c¸c hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÒu vßng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng c¸c ®Æc tÝnh tÜnh vµ c¸c ®Æc tÝnh ®éng cña hÖ thèng. HÖ thèng T-§ cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tr¬n víi ph¹m vi ®iÒu chØnh réng. HÖ cã ®é tin cËy cao, qu¸n tÝnh nhá, hiÖu suÊt lín. Nh­îc ®iÓm chñ yªu cña hÖ T-§ lµ do c¸c van b¸n dÉn cã tÝnh phi tuyÕn, d¹ng ®iÖn ¸p chØnh l­u ra cã biªn ®é ®Ëp m¹ch cao, g©y tæn thÊt phô trong m¸y ®iÖn vµ ë c¸c truyÒn ®éng cã c«ng suÊt lín cßn lµm xÊu d¹ng ®iÖn ¸p cña nguån vµ l­íi xoay chiÒu. HÖ sè c«ng suÊt cos( cña hÖ nãi chung lµ thÊp nhÊt lµ khi ®iÒu chØnh s©u. III> HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (XA-§) HÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh xung ¸p - ®éng c¬ mét chiÒu (XA-§) sö dông bé ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu, trong ®ã c¸c bé kho¸ ®iÖn tö ®ãng vai trß c¬ b¶n. Bé ®iÒu chØnh xung ®iÖn ¸p mét chiÒu ®­îc sö dông khi cã s½n nguån mét chiÒu cè ®Þnh mµ cÇn ph¶i ®iÒu chØnh ®­îc ®iÖn ¸p ra t¶i. C¸c bé b¨m xung mét chiÒu ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c ®ãng ng¾t nguån víi t¶i mét c¸ch chu kú theo mét sè luËt kh¸c nhau. PhÇn tö thùc hiÖn nhiÖm vô ®ã lµ c¸c van b¸n dÉn. Song do chóng lµm viÖc trong m¹ch mét chiÒu nªn khi dïng lo¹i thyristor th«ng th­êng nã kh«ng ®­îc kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn ë giai ®o¹n ©m cña ®iÖn ¸p nguån nh­ khi lµm viÖc víi nguån xoay chiÒu. Do ®ã, buéc ph¶i cã mét m¹ch chuyªn dông ®Ó kho¸ thyristor gäi lµ "m¹ch kho¸ c­ìng bøc", g©y nhiÒu khã kh¨n trong thùc tÕ. V× vËy, hiÖn nay ta cè g¾ng sö dông c¸c lo¹i van ®iÒu khiÓn c¶ ®ãng vµ ng¾t nh­ transistor bipolar, MOSFET vµ IGBT ë nh÷ng d¶i c«ng suÊt mµ c¸c van nµy chÞu ®­îc. Riªng víi m¹ch c«ng suÊt lín vÉn ph¶i dïng thyristor. Trong hÖ truyÒn ®éng ®iÖn, c¸c bé ®iÒu chØnh xung ¸p mét chiÒu chñ yÕu ¸p dông cho c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã phô t¶i d¹ng kÐo (tµu ®iÖn, xe ®iÖn...). Nguyªn t¾c cña c¸c hÖ truyÒn ®éng XA-§ lµ thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ qua ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬ mét chiÒu. S¬ ®å nguyªn lý mét bé b¨m xung ¸p mét chiÒu Trong kho¶ng thêi gian 0 -( cho van më ,toµn bé ®IÖn ¸p nguån ®­îc ®­a ra t¶i.Cßn kho¶ng cßn l¹i ( - T cho van kho¸ , c¾t nguån khái t¶i. Lóc ®ã ta cã : Ud =(UL/T = (UL trong ®ã: UL lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cÇn b¨m,Udk lµ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn van , ( lµ hÖ sè lÊp ®Çy xung:
víi tt, tk lµ thêi gian th«ng vµ kho¸ cña bé kho¸ ®iÖn tö. Do ®ã, khi ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ qua ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®Æt vµo phÇn øng ®éng c¬, cÇn thay ®æi hÖ sè ( cña bé XA. *> C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p Ud : Ph­¬ng ph¸p ®é réng xung: T=Const ; (0= var . Ph­¬ng ph¸p xung tÇn : T = var ; (0 = Const. Ph­¬ng ph¸p xung – thêi gian : T= var ; (0= var . Lùa chän ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng Tõ c¸c ph­¬ng ¸n truyÒn ®éng ®· giíi thiÖu trªn t«i thÊy mçi ph­¬ng ¸n ®Òu cã ­u ®iÓm vµ nh­îc ®iÓm riªng . Ngµy nay ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®­îc sö dông rÊt phæ biÕn bëi v× nã cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, vËn hµnh an toµn vµ sö dông nguån cÊp trùc tiÕp tõ l­íi ®iÖn xoay chiÒu ba pha, nh­ng vÒ ph­¬ng diÖn ®iÒu chØnh tèc ®é, ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã nhiÒu ­u viÖt h¬n so víi c¸c lo¹i ®éng c¬ kh¸c: cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng, cÊu tróc m¹ch lùc vµ m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n vµ ®¹t chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. ChÝnh v× vËy, trong hÖ truyÒn ®éng dïng cho m¸y mµi nµy em sÏ sö dông ®éng c¬ mét chiÒu lµm ®éng c¬ truyÒn ®éng . MÆt kh¸c do trong b¶n thiÕt kÕ nµy, yªu cÇu vÒ c«ng suÊt truyÒn ®éng kh«ng cao nªn em sö dông ph­¬ng ph¸p b¨m xung sö dông Tranzitor. Së dÜ em lùa chän ph­¬ng ¸n nµy bëi v× nã cã thÓ bï d¾p ®­îc nh÷ng nh­îc ®iÓm cña hÖ(T-§), ph­¬ng ph¸p b¨m xung ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p nªn kh«ng g©y tæn thÊt phô do ®ã hiÖu suÊt cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ rÊt cao, mÆt kh¸c ph­¬ng ph¸p nµy sö dông tranzitor nªn rÊt kinh tÕ v× viÖc ®iÒu khiÓn ®ãng më tranzitor ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu so víi Thyristor, do ®ã m¹ch ®iÒu khiÓn còng sÏ ®¬n gi¶n h¬n Nh­ vËy ta sÏ chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng §éng c¬ mét chiÒu dïng ph­¬ng ph¸p b¨m xung. b > Lùa chän s¬ ®å b¨m xung cô thÓ §èi víi ph­¬ng ph¸p b¨m xung tuú thuéc vµo t¶i vµ c«ng suÊt cña nã ta cã c¸c s¬ ®å b¨m xung cô thÓ sau : 1 . S¬ ®å b¨m xung cã van m¾c nèi tiÕp : S¬ ®« nµy cã ­u ®iÓm lµ ®¬n gi¶n ,kinh tÕ nh­ng cã nh­îc ®iÓm lµ cã tån t¹i chÕ ®é dßng gi¸n ®o¹n lµm gi¶m chÊt l­îng cña hÖ thèng , nã chØ phï hîp víi t¶i ®ñ lín . 2 . S¬ ®å cã chÕ ®é h·m S¬ ®å nµy tån t¹i chÕ ®é h·m, dßng ®iÖn trong m¹ch cã thÓ ch¹y theo 2 chiÒu tuú thuéc vµo hÖ sè ( vµ kh«ng tån t¹i chÕ ®é dßng gi¸n ®o¹n. 3. S¬ ®å cã ®¶o chiÒu Khi cÇn cho ®éng c¬ ®¶o ®­îc chiÒu quay ng­êi ta dïng s¬ ®å cÇu cho m¹ch ®iÒu ¸p mét chiÒu nh­ h×nh vÏ trªn . S¬ ®å nµy cã 3 ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn kh¸c nhau : ( §iÒu khiÓn ®èi xøng : Trong ph­¬ng ph¸p nµy c¸c cÆp van lÎ vµ ch½n thay nhau ®ãng c¾t vµ kh«ng cßn chÕ ®é dßng gi¸n ®o¹n .Nhù¬c ®iÓm cña ph­¬ng ph¸p nµy lµ ®iÖn ¸p ra t¶i bÞ ®¶o dÊu vµ ®é ®Ëp m¹ch dßng ®iÖn t¶i cao . ( §iÒu khiÓn kh«ng ®èi xøng : Trong kiÓu ®iÒu khiÓn nµy víi mçi chiÒu dßng ®iÖn , chØ cã mét cÆp van m¾c th¼ng hµng (thÝ dô T1 , T4) lµm viÖc ®ãng c¾t ng­îc pha nhau , cßn 2 van kia sÏ cã 1 van kho¸ hoµn toµn vµ 1 van lu«n s½n sµng më . §iÖn ¸p ra t¶i chØ cã 1 dÊu ë mét chiÒu x¸c ®Þnh . Phu­¬ng ph¸p nµy cho phÐp gi¶m ®é ®Ëp m¹ch dßng ®iÖn 2 lÇn so víi kiÓu ®iÒu khiÓn ®èi xøng , mÆt kh¸c nã còng cho phÐp lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é ®éng c¬ nhËn vµ ph¸t n¨ng l­îng . ( §iÒu khiÓn riªng : Víi ph­¬ng ph¸p nµy ,khi ®éng c¬ ho¹t ®éng ë mét chiÒu x¸c ®Þnh th× chØ cã 1 cÆp (ch½n lÎ ) lam viÖc, cÆp cßn l¹i hoµn toµn nghØ. KÕt luËn Trong c¸c s¬ ®å trªn em chän s¬ ®å cã chÕ ®é h·m. §Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p Ud trong 3 ph­¬ng ph¸p ®· giíi thiÖu trªn em chän ph­¬ng ph¸p ®é réng xung T = Const ; (0 = var . c > X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng c¬ truyÒn ®éng C¸c th«ng sè kü thuËt hÖ thèng 1. M«men cùc ®¹i (Mmax): 25 (Nm) 2. Tèc ®é quay chi tiÕt (n): 100 (1000 (Vßng/phót) 3. Tû sè truyÒn (i): 3 4. HiÖu suÊt ((): 0,8 5. M«men qu¸n tÝnh c¬ cÊu (J): 0,008 (kgm2) 1> Chän c«ng suÊt ®éng c¬ cho truyÒn ®éng quay chi tiÕt m¸y mµi trßn §Ó tÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬ trong tr­êng hîp truyÒn ®éng cã ®iÒu chØnh tèc ®é, ta cÇn x¸c ®Þnh c¸c yªu cÇu c¬ b¶n sau: §Æc tÝnh phô t¶i truyÒn ®éng Pc((), Mc((): Phô t¶i truyÒn ®éng yªu cÇu ®iÒu chØnh tèc ®é víi M = const. Khi ®ã, c«ng suÊt yªu cÇu cùc ®¹i Pmax = M®m.(max
H×nh 5. §Æc tÝnh phô t¶i Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é (max vµ (min. (min = i. (cmin = i.
=3.
=31,416 (rad/s) hay nmin= 300(vßng/phót) (max = i. (cmax = i.
=3.
= 314,16(rad/s) hay nmax= 3000(vßng/phót) D¶i ®iÒu chØnh tèc ®é:
=10:1 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh vµ bé biÕn ®æi trong hÖ thèng truyÒn ®éng: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng sö dông bé b¨m xung. Lo¹i ®éng c¬ truyÒn ®éng: ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. §Æc ®iÓm cña phô t¶i truyÒn ®éng ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y mµi trßn lµ gi÷ M = const trong ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é. Do ®ã, ta cã yªu cÇu c«ng suÊt cùc ®¹i Pmax =
.M®m.(max =
.Mcmax.(cmax =
.25.
3272,5(W) =3,2725 (KW) Ta chän lo¹i ®éng c¬ (32 cña Nga víi c¸c th«ng sè sau: P®m = 4,5 (kW) U®m = 220 (V) I®m = 24,3 (A) n®m = 3200 (vßng/phót) R = R­ + Rcp = 0, 352(() (®m = 8,2 (mWb) Ikt = 0,65 (A) J® = 0,116 (kg.m2) 2a = 2 2p = 4 2> X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè ®éng c¬ §iÖn c¶m phÇn øng L­ =
7,92.10-3 (H) Trong ®ã kL lµ hÖ sè lÊy gi¸ trÞ 5,5 ( 5,7 ®èi víi m¸y kh«ng bï vµ kL= 1,4 ( 1,9 ®èi víi m¸y cã bï; p lµ sè ®«i cùc. k(®m =
(Wb) M«men qu¸n tÝnh: J = J® + Jc = 0,116 + 0,008 = 0,124 (kg.m2) H»ng sè thêi gian c¬ häc: Tc =
H»ng sè thêi gian m¹ch phÇn øng: T­ =
Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp:
Ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp:
M«men ®Þnh møc sinh ra trªn trôc ®éng c¬ :
TÝnh to¸n chän van m¹ch lùc bé biÕn ®æi xung ¸p 1. S¬ ®å m« t¶ tr¹ng th¸i lµm viÖc ë c¸c chÕ ®é kh¸c nhau Hai tranzitor T1 vµ T2 lµm viÖc tr¸i pha nhau. Dùa theo ®å thÞ ,khi cã T2 dßng ®iÖn t¶i ®¶o chiÒu ,b»ng c¸ch thay ®æi ( ta cã c¸c kh¶ n¨ng : (EN > ED. Lóc nay nguån EN ph¸t n¨ng l­îng cßn ®éng c¬ nhËn n¨ng l­îng It > 0. (EN ( ED. Dßng ®· cã giai ®o¹n ®¶o chiÒu : +) 0 ( t/0 : T2 kho¸, n¨ng l­îng ®­a tõ Ed vÒ nguån qua ®i«t D1 . +) t/0 ( t0 : T1 më, n¨ng l­îng ®­a vµo t¶i . +) t0 ( t1 : D0 dÉn, dßng t¶i ch¹y quÈn vµ tiªu t¸n n¨ng l­îng ë ®iÖn trë t¶i. +) t1 ( T : T2 më dßng t¶i ®¶o chiÒu ,tiÕp tôc tiªu t¸n trªn ®iÑn trë R .Nh­ vËy ë chÕ ®é nµy ®· cã hiÖn t­îng nguån nhËn n¨ng l­îng ,song trong 1 chu kú th× nguån vÉn ph¸t n¨ng l­îng cho t¶i It > 0 . ( (EN < ED . Dßng hoµn toµn ®¶o chiÒu vµ chØ cã T1, D2 thay nhau dÉn, It < 0. 2. m« t¶ to¸n häc häc bé biÕn ®æi b¨m xung ¸p C¸c tÝn hiÖu vµo vµ ra cña bé biÕn ®æi: - Udk: tÝn hiÖu vµo ®iÒu khiÓn lÊy tõ bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. - U® : tÝn hiÖu ra lµ ®iÖn ¸p trung b×nh ®Æt vµo ®éng c¬. Ud =

=
. EN = ( . EN Trong ®ã : T- Lµ chu k× ph¸t xung chuÈn T =
=
(s) tx - §é réng xung ®iÒu khiÓn 0( tx( T EN - §iÖn ¸p nguån mét chiÒu EN = 220V Bé biÕn ®æi b¨m xung mét chiÒu lµ mét m¹ch ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p ®iÒu chÕ ®é réng xung cã tÝnh chÊt phi tuyÕn vµ kh«ng dõng. §Ó m« t¶ to¸n häc bé biÕn ®æi xung ¸p rÊt phøc t¹p, nªn chØ cã thÓ m« t¶ gÇn ®óng b»ng ph­¬ng ph¸p biÕn thiªn c¸c ®¹i l­îng nhá cïng m« h×nh ho¸ tuyÕn tÝnh. NhËn thÊy øng víi mçi kho¶ng biÕn thiªn cña tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (Ud. T¹i thêi ®iÓm ph¸t xung më cho mçi cÆp van Tranrito lµ thêi ®iÓm mµ t¹i ®ã tÝn hiÖu Udk = Ur ®­îc gäi lµ thêi ®iÓm chuyÓn m¹ch. Gi¶ thiÕt r»ng hiÖn t­îng chuyÓn m¹ch kh«ng ¶nh h­ëng tíi gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p ra U® (tøc bá qua qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch) th× bé biÕn ®æi xung ¸p ®­îc m« t¶ nh­ sau: Kh©u b¨m xung ¸p V× cã tÝnh chÊt xung nªn khi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn biÕn thiªn mét l­îng nhá (Udk th× sau mét kho¶ng thêi gian (T- tx) cÆp van t­¬ng øng míi më. §é biÕn thiªn lín nhÊt cña Udk b»ng biªn ®é lín nhÊt cña ®iÖn ¸p r¨ng c­a: (Udkmax = (Urmax. VËy th× kho¶ng thêi gian trÔ lín nhÊt lµ: (T- tx)max = T/2 : b»ng nöa chu k× ph¸t xung chuÈn. Do ®ã cã thÓ m« t¶ to¸n häc bé biÕn ®æi xung ¸p b»ng mét hµm trÔ (bá qua thêi gian trÔ ®ãng/më cña b¶n th©n Transitor cì kho¶ng (s). B»ng khai triÓn Mc Laurin vµ bá qua c¸c v« cïng bÐ bËc cao ta cã hµm truyÒn cña bé biÕn ®æi xung ¸p mét chiÒu lµ mét kh©u qu¸n tÝnh:
=
HÖ sè khuÕch ®¹i cña bé b¨m xung: Kbx = (Ud / (Udk TÝnh gÇn ®óng theo c¸c gi¸ trÞ lín nhÊt: (Udk = Urmax = 10V th× ( = 1 vµ (Ud = EN = 220 (V( Kbx =
= 22 H»ng sè thêi gian b¨m xung: Tbx =
10-3(s( 3. TÝnh chän c¸c van M¹ch lùc bé biÕn ®æi xung ¸p mét chiÒu nh­ h×nh vÏ gåm 2 van lùc Transistor , 2 Diod lùc b¶o vÖ khi ®¶o chiÒu vµ dÉn dßng khi ë chÕ ®é h·m . Trong kho¶ng thêi gian ng¾n tx liªn tiÕp (0 < tx < T) th× ®iÖn ¸p trung b×nh ®Æt lªn ®éng c¬ lµ: Ud = tx. EN/T. Khi tx = T th× Ud ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt gÇn b»ng nguån: Udmax = EN = 220 V, cÆp van më th«ng suèt. ë chÕ ®é x¸c lËp ta cã: Dßng trung b×nh ra t¶i lín nhÊt: Id =
Trong ®ã Rn : néi trë cña nguån EN vµ bé biÕn ®æi th­êng rÊt nhá so víi Ru. Edm: S.®.® ®Þnh møc cña ®éng c¬ = K(. (dm Víi : En = 220 V, K.(= 0,631 (V/rad( ndm = 3200 [v/phót], R­ = 0,352 [(] TÝnh ®­îc: Edm = 0,631 . 3200 / 9,55 = 211,43 V Dßng : Id =
Chän lo¹i van cã dßng collector: Ic = k.Id K: hÖ sè dù tr÷, chän =2,5 ( Ic = 2,5 . 24,3 = 60,75A. Dßng t¶i lín nhÊt qua Diod lµ ID =Kat.Id =1,2. 24,3A =29,16 A. Trong ®ã Kat lµ hÖ sè an toµn cña Diod chän Kat = 1,2 . §iÖn ¸p ng­îc lín nhÊt ®Æt lªn ®i«t ë ®©y coi b»ng EN = 220V. C¨n cø vµo nh÷ng sè liÖu trªn ta chän: Van Transistor 2SC2366 lo¹I n-p-n cã th«ng sè sau: ( Dßng qua van chÞu ®­îc: Ic= 80A Sôt ¸p UCE khi van dÉn b·o hoµ: UCEsat = 1,5V §iÖn ¸p UCEO khi baz¬ hë : UCE0 = 400V HÖ sè khuÕch ®¹i ( = 20 NhiÖt ®é chÞu ®ùng T = 1750C §iÖn ¸p UCBO khi emiter hë VCBO = 500V §iÖn ¸p UEBO khi colector hë VEBO = 7V ChÊt liÖu vµ lo¹i : SN(Sylic) C«ng suÊt lín nhÊt : Pm = 300W Chän Diode lo¹i BYT 30 cña h·ng Thomson chÕ t¹o cã c¸c th«ng sè sau : Dßng cùc ®¹i qua Diode : I§ = 30 A §iÖn ¸p ng­îc cùc ®¹i mµ Diode chÞu ®­îc : Ungmax = 200 ( 1000 V CH¦¥NG III : x¢Y DùNG CÊU TRóC §IÒU KHIÓN TæNG HîP HÖ. Khi tæng hîp hÖ truyÒn ®éng nhiÒu th«ng sè th­êng ph©n hÖ thµnh cÊu tróc nhiÒu vßng cã c¸c bé ®iÒu chØnh kiÓu nèi cÊp. Cho ®Õn nay, ph­¬ng ph¸p chung tæng hîp c¸c bé ®iÒu chØnh trong cÊu tróc nèi cÊp ch­a thËt hoµn thiÖn, chñ yÕu do viÖc chän th«ng sè tèi ­u cña c¸c bé ®iÒu chØnh vµ tÝnh chÊt phøc t¹p cña hÖ thèng thùc. V× thÕ, viÖc tÝnh t