mô phỏng truyền động chính của máy bào giường hệ t- đ công suất 15kw

đề cơng sơ bộ bàI tập lớnmôn: trang bị điện_điện tử máy gia công kim loạiĐề tài : Mô phỏng truyền động chính của máy bào giờng hệ T- Đ Lời mở đầu Chơng1.. Các yêu cầu đối với hệ thống tr

đề cơng sơ bộ bàI tập lớnmôn: trang bị điện_điện tử máy gia công kim loại

Đề tài : Mô phỏng truyền động chính của máy bào giờng hệ T- Đ

Lời mở đầu

Chơng1 Tổng quan về máy bào giờng

1.1 Đặc điểm công nghệ của máy bào giờng

1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy bào giờng

Chơng2 Các phơng trình cơ bản động cơ điện một chiều của hệ

4.1 Lựa chọn tham số cho động cơ

4.2.Tính chọn bộ điều khiển dòng điện và tốc độ

4.3 Viết chơng trình tạo tín hiệu tốc độ đặt cho máy bào giờng hệT-Đ4.4 Sơ đồ mô phỏng mạch vòng tốc độ động cơ truyền động chính 4.5 Các đặc tính ra của máy sau khi mô phỏng

Tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

Sự bùng nổ tiến bộ kĩ thuật trong lĩnh vực điện _ điện tử _ tin học trong những năm gần đây đã dẫn tới những sự thay đổi sâu sắc cả về mặt lí thuyết và thực tế của lĩnh vực truyền động điện tự động Trớc hết phải kể đến là sự ra đời

và ngày càng hoàn thiện của các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thớc gọn nhẹ, tác động nhanh, độ chính xác cao, Việc tự động hoá các thiết bị máy móc…sản xuất làm tăng năng suất lao động, nâng cao chất lợng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động Việc tăng năng suất máy, giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện

và tự động hoá ở nớc ta hiện nay đã và đang du nhập khá nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại Điều này đòi hỏi những ngời kĩ s làm việc với chúng phải có những hiểu biết, những kiến thức tiên tiến bắt kịp thời đại công nghiệp hoá hiện

đại hoá Trang bị điện _điện tử máy gia công kim loại đề cập tới phần điện_điện

tử máy gia công kim loại Đây là loại máy chủ yếu và quạn trọng trong công nghiệp nặng của nền kinh tế nớc ta Trang bị điện máy bào giờng giúp ngòi kĩ s

có kiến thức về điều khiển tịnh tiến có chu kì của vật thể có quán tính lớn Mô phỏng chuyển động chính của máy bào giờng là cơ sở để chúng ta biết đợc dạng chuyển động và để điều chỉnh tốc độ bàn máy Để thực hiện việc mô phỏng này

ta sử dụng phần mềm Matlab & Simulink

Chơng1 Tổng quan về máy bào giờng

1.1 Đặc điểm công nghệ của máy bào giờng

Máy bào giờng là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5 m ữ12 m Tuỳ thuộc vào chiều dài của bàn máy và lực kéo ta có thể phân loại máy thành ba loại :

Hình 1-1: Dạng bên ngoài của máy bào giờng

Trong đó : 1: chi tiết gia công

2: bàn máy 3: dao cắt 4: bàn dao đứng5: xà ngang cố định

Chi tiết gia công đợc kẹp chặt trên bàn máy và có thể chuyển động tịnh tiến qua lại Dao cắt đợc kẹp chặt trên bàn dao đứng, bàn dao này đợc đặt trên xà ngang cố định khi gia công.

Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kì lặp lại, mỗi chu kì gồm hai hành trình thuạn và ngợc

- Hành trình thuận thực hiện gia công chi tiết gọi là hành trình cắt gọt

- Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt gọi là hành trình không tải

Cứ sau khi kết thúc hành trình ngợc bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn dao s ( mm/ hành trình kép )

Chuyển động 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

Chuyển động phụ là chuyển động nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải

Hình 1-2: Đồ thị tốc độ của bàn máy Đây là dạng đồ thị thờng gặp

Khi bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ

V0 (m/phút) trong khoảng thời gian là t1 Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0

trong thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc

độ V0 đến hết thời gian t3 Khi kết thúc t3 bàn máy đợc tăng tốc đến Vgh trong

thời gian t4 Khoảng thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ ổn định là Vgh

và lúc đó tiến hành gia công chi tiết Khi gần hết quá trình cắt gọt thì bàn máy sơ

bộ giảm tốc độ đến V0 trong thời gian t6 Khi tốc độ giảm về tới V0 thì dao đợc

đ-a rđ-a khỏi chi tiết ,bàn máy chạy ổn định tại tốc độ V0 trong khoảng thời gian t7, bàn máy vẫn chạy với tốc độ nh trên trong thời gian t8 và dao cắt đợc nhấc lên khỏi chi tiết Trong khoảng t9 bàn máy giảm tốc về 0 sau đó đảo chiều và tăng tốc để thực hiện hành trình ngợc Khi tốc độ đạt tới Vng thì bàn máy chạy ổn định

và nó giữ tốc độ đó trong khoảng thời gian t10 Khi gần kết thúc hành trình ngợc thì bàn máy giảm tốc về V0 trong thời gian là t11 Khi đạt tới V0 bàn máy chạy ổn

định trong thời gian t12 và chuẩn bị giảm tốc về 0 và đảo chiều chuẩn bị tiến hành cho hành trình thuận tiếp theo

1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy bào giờng hệ F-Đ

1.2.1 Truyền động chính

Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy hay giữa tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc và tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận

max

th

ng V V

Thông thờng, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều

đợc cấp nguồn từ bộ biến đổi (BBĐ) Theo yêu cầu của phụ tải tốc độ đợc điều chỉnh theo hai vùng:

-Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5ữ6)/1 với mômen trên trục

động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ Vmin = (4ữ6) m/ph đến

Vgh=(20ữ25) m/ph, khi đó lực kéo không đổi

-Giảm từ thông động cơ trong phạm vi ( 4ữ 5 )/1, khi thay đổi tốc độ từ

Vgh đến Vmax =(75 ữ 120)m/ph, khi đó công suất kéo gần nh không đổi Nếu sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông thì sẽ làm giảm năng suất máy Vì thế ngời ta thờng mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh

từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng Trong trờng hợp này công suất của động cơ phải tăng lên Vmax/Vmin lần Ơ chế độ xác lập, độ ổn định tốc đọ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức Đối với máy bào giờng cỡ nhỏ hệ thống truyền độnchính thờng là động cơ không đồng bộ – khớp li hợp; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập và hộp tốc độ Những máy cỡ trung bình thì hệ thống truyền động là F-Đ Đối với máy cỡ nặng hệ truyền động

là hệ F-Đ có bộ khuéch đại trung gian ; hệ chỉnh lu dùng tiristor - động cơ một chiều

1.2.2 Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao có tính chất chu kì Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao là D= ( 100ữ200)/1 Lợng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80ữ100) mm/ hành trình kép Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ

Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh Truyền động ăn dao thờng đợc thực hiện bởi động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ

1.2.3 Truyền động phụ

Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng

đầu dao trong hành trình ngợc, đợc thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và nam châm điện

Chơng2 Các phơng trình cơ bản động cơ điện một chiều của hệ

truyền động T- Đ2.1 Phơng trình cân bằng điên áp

E

dt

di L I R

2

a

pN K

E= = (1)

Với p- số đôi cặp từ chính

N- số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a- số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

K- hệ số cấu tạo của động cơ

u u

u u u u

R

L p

R E U I

E I pL I R U

1

/ 1 ).

=

u

u T p

R E U

1

/ 1 ) (

Với M c - mômen cản trên trục động cơ

J- mômen quán tính của động cơ

-Phơng trình động học khi chuyển sang dạng toán tử Laplace

ω

.

.p J M

Chơng3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ truyền động chính máy bào giờng F-Đ

u

u pT

R

+

1

/1

φ

K

Jp

1

φ

3.1 Tổng hợp bộ điều khiển của mạch vòng dòng điện R i

- Khi tổng hợp bộ điều khiển của mạch vòng dòng điện ta tính tới ảnh ởng của sức điện động E Ta có sơ đồ của mạch vòng dòng điện cho động cơ

h-điện một chiều

Hình 3-1 : Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện

- Trong đó : R i- bộ điều chỉnh dòng điện

) 1

cl

+

+ - hàm truyền của bộ chỉnh lu

Với K cl - hệ số khuếch đại chỉnh lu

T dk- hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lu

T v - hằng số thời gian của sự chuyển mạch chỉnh lu

p T

K i

i

.

1 + - hàm truyền của cảm biến dòng

Với K i - hệ số khuếch đại của cảm biến dòng

T i - hằng số thời gian của cảm biến dòng

- Sơ đồ thu gọn

i

R

).1)(

.1( T p T p

K

v dk

/

1

+

p Ti

Hình 3-2 : Sơ đồ thu gọn của mạch vòng dòng điện

- Trong đó :

S0ilà hàm truyền đối tợng

) 1 )(

1 )(

1 )(

1 (

/ 1

0

p T p T p T p T

R K K S

u i

v dk

u i cl

Do T dk;T v;T i là các hằng số thời gian rất nhỏ nên ta đặt T si =T dk +T v +T i

Nên ta có:

) 1 )(

1 (

/ 1

0

p T p T

R K K S

u si

u i cl

Hàm truyền kín của hệ thống

i i

i i S R

S R F

1

p p

F

τ

τ + +

=

=

⇒

) 1 (

i

F S R

Thay các giá trị S ;0i F MC vào ta có

) 1 ( 2

) 1 )(

1 (

p p

K K

T p T R R

i cl

u si

u

+ +

=

- Chọn τ =T si

p T K K

pT R

R

si i cl

u u

i

2

) 1 ( +

2 1

- Sơ đồ của mạch vòng tốc độ khi có mạch vòng dòng điện

.

φ

K

J R

c = : hằng số thời gian cơ học

p T

K

ω

ω

+

1 : hàm truyền của máy phát tốc

- Kết quả khi tổng hợp bộ điều khiển dòng điện theo tiêu chuẩn môdul tối u ta có hàm truyền :

2 2

2 2

1

1

p T p T

F

si

si + +

=

- Do T si- là hằng số thời gian rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua thành phần bậc cao Khi đó :

p T

F

si

2 1

1 (

/ 1

0

p T p

T p T K

K R K S

si c

i u

+ +

(

/ 1

0

p T p T K

K R K S

s c

i u

1

p T K

R c

u

.φ

id

U

( 1

) ( ).

( )

(

0

0

p S p R

p S p R p

F

ω ω

ω ω

+

=

- Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ theo tiêu chuẩn môdul tối u

) ( )

Và 1 2 2 2 2

1 )

(

p p

p

F MC

τ

τ + +

=

] 1 )[

(

1 )

ω ω

Thay các giá trị vào và ta chọn τ =T sω ta có:

ω ω

ω

φ

s u i

c T R K K

T K p

R

2 / 1

)

Chơng4 Mô phỏng Matlab truyền động chính của máy bào giờng 4.1 Lựa chọn tham số cho động cơ truyền động chính máy bào giờng

-Hiệu suất của động cơ :η đm = 90%

-Hằng số thời gian máy biến dòng :Ti = 0,002 (s)

-Hằng số thời gian của bộ chỉnh lu :TV = 0,002(s)

-Hằng số thời gian của chuyển mạch điều khiển :T đk =0,001(s)

-Hằng số thời gian máy phát tốc :Tω = 0,002 (s)

-Mômen quán tính của động cơ : J = 2,45 (kg/m2)

4.2.Tính chọn bộ điều khiển dòng điện R i và tốc độ Rω

- Tốc độ góc của rôto

55 , 9

dm dm

n

= ω

) / ( 157 55 , 9

1500

s rad

P M

ω

=

) ( 5 , 95 157

P

) ( 2 , 68 220

Kφ (1)

- Điện trở mạch phần ứng

dm

dm dm u

I

U

R = 0 , 5 ( 1 − η ).

) ( 16 , 0 2 , 68

220 ).

9 , 0 1 (

5 ,

=

- Hằng số thời gian mạch phần ứng

) ( 25 ,

R

L T u

u

- Hằng số cơ học của động cơ:

) ( 2 , 0 )

4 , 1 (

16 , 0 45 , 2

) (

2

2

s K

U K

Chọn U id =7 V( )

- Hệ số khuếch đại của biến dòng

102 , 0

=

=

dm

id i I

U K

Chọn Uωd =10 V( )

- Hệ số khuếch đại của máy phát tốc

064 , 0

- Tính : T si =T i +T V +T dk = 0 , 005 (s)

- Tính : T sω = 2T si +Tω = 0 , 012 (s)

Vậy hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện

p T K K

pT R

R

si i cl

u u

i

2

) 1 ( +

=

) 25 , 1

1 1 (

7 , 5

005 , 0 22 102 , 0 2

) 25 , 1 (

16 , 0

s u i

c T R K K

T K R

2 / 1

.

=

21 , 116

012 0 2 064 , 0 16 , 0

102 , 0 2 , 0 4 , 1

4.5 Các đặc tính ra sau khi mô phỏng

-Dạng dòng điện ra lấy trên khối Scope1:

Hình 4-3: Dòng điện ra của truyền động chính máy bào giờng hệ T-Đ-Dạng tốc độ ra lấy trên khối Scope :

Hình4-4: Dạng tốc độ ra của động cơ truyền động chính máy bào giờng hệ T-Đ

-D¹ng tÝn hiÖu ph¶n håi lÊy trªn khèi Scope2

H×nh 4-5: D¹ng tÝn hiÖu ph¶n håi

Tài liệu tham khảo:

[1] : Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi

Trang bị điện- điện tử máy gia công kim loại

Nhà xuất bản giáo dục

[2] : Nguyễn Phùng Quang

Matlab & Simulink dành cho KS ĐKTĐ

Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật

[3] : Bùi Quốc Khánh- Nguyễn Văn Liễn- Phạm Quốc Hải- Dơng Văn NghiNhà xuất bản Khoa học kĩ thuật

Điều chỉnh tự động truyền động điện