Đặc điểm công nghệ & yêu cầu truyền động của máy mài tròn

Luận Văn: Đặc điểm công nghệ & yêu cầu truyền động của máy mài tròn

Chơng i: đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền

động của máy mài tròn

1 Đặc điểm công nghệ

1.1 Giới thiệu chung

Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng Ngoài ra, còn có cácloại máy khác nhau: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng Th ờngtrên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục chính với đámài Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy

Máy mài công nghiệp

Máy mài tròn

Máy mài tròn ngoài

Máy mài tròn trong

Hình 1-1 Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp

Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong Sơ đồ biểu diễncông nghệ mài tròn đợc biểu diễn trên hình 1-2

a Máy mài tròn ngoài b Máy mài tròn trong

Đá mài

Chi tiết

Hình 1-2 Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn

Các dạng chuyển động trong máy mài tròn gồm có:

- Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài

- Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá ăn dao theo hờng dọc trục (ăndao dọc trục) hoặc theo hớng ngang trục (ăn dao ngang), hoặc chuyển động quay của chi tiết(ăn dao vòng).

- Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết

2 Yêu cầu truyền động điện máy mài tròn

2.1 Truyền động chính

Thông thờng truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sửdụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ở máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt không

đổi khi mòn đá hay kích thớc chi tiết gia công thay đổi, thờng sử dụng truyền động động cơ

có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=2  4/1 với công suất không đổi

ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50  80 m/s nên đá mài có đờng kính lớn thì tốc độquay của đá khoảng 1000 vòng/phút ở những máy có đờng kính nhỏ, tốc độ đá rất cao

Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ 24000  48000 vòng/phút hoặc cóthể lên tới 150000  200000 vòng/phút, đá mài gắn trên trục động cơ Nguồn của động cơ

là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao - biến tần quay hoặc là các bộ biến tầntĩnh - biến tần thyristor

Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thờng là 15  20% mômen định mức Mômen quátính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn 500  600% mômen quán tính của động cơ, do đó cầnhãm cỡng bức động cơ quay đá và không yêu cầu đảo chiều quay động cơ quay đá

2.2 Truyền động ăn dao

ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc

độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2  4)/1 ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi

- động cơ điện một chiều (BBĐ - ĐM), hệ KĐT - ĐM có D = 10/1 với ph ơng pháp điềuchỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng

Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM với dải

điều chỉnh tốc độ D = (20  25)/1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực

2.3 Truyền động phụ

Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

2 Đặc tính cơ của máy mài

Đặc tính của cơ cấu sản xuất đợc khái quát bằng phơng trình:

q dm o dm o

Mc - Mômen ứng với tốc độ 

q - số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất Với máy mài nói riêng và máy cắt gọt

kim loại nói chung, q thờng nhận hai giá trị q=1 (ứng với truyền động chính



1

Mc và P =const) và q=0 (ứng với truyền động ăn dao Mc = Mđm = const)

Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ đợc cố định theo một quyluật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điềukiện tự nhiên

Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P = const)

khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngợc với tốc độ



1

Mc Nh vậy, ở tốc độ thấp, mômen

có thể lớn nên kích thớc các bộ phận cơ khí phải chọn lớn lên, điều đó không có lợi Mặtkhác, thực tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ thấp chỉ dùng cho các chế độ làm việc nhẹ(Fz và Pz nhỏ) Vì vậy, ở vùng tốc độ thấp, ngời ta giữ mômen không đổi còn công suất thay

đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ

Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ Tuy

nhiên, ở vùng tốc độ thấp, lợng ăn dao s nhỏ, lực cắt Fz bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn

t Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng giảm theo ở

vùng tốc độ cao, tơng ứng với tốc độ vz của truyền động chính cũng phải lớn, nếu giữ Fad lớn

nh cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn Do đó, cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùngnày, mômen truyền động ăn dao cũng giảm theo

v

F z

v z

v gh0

Hình 3-1 Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài

Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của

nó giống đặc tính cơ của máy Khi đó, động cơ đợc sử

dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải ở mọi

tốc độ Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt đợc các chỉ

tiêu năng lợng cao Nói cách khác, có thể lựa chọn

động cơ có kích thớc nhỏ nhất cho máy

Đặc tính điều chỉnh của truyền động điện là

quan hệ giữa công suất hoặc mômen của động cơ với

tốc độ Với động cơ một chiều kích từ độc lập, khi điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từthông máy không đổi ta sẽ có:

Kết hợp cả hai phơng pháp điều chỉnh, ta có đồ thị nh hình 3-2 Đặc tính điều chỉnh ởvùng này có dạng giống đặc tính cơ của truyền động chính

Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng một hệ thống truyền động điện là độ ổn

định tốc độ % Đờng đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao Nói chung,truyền động ăn dao yêu cầu %  (5  10)% còn truyền động chính yêu cầu %  (5

 15)%

CHƯƠNG ii : thiết kế Và TíNH TOáN MạCH LựC

CủA Hệ TRUYềN ĐộNG

A> Các phơng án truyền động

Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọncông suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra.Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợptính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất

để thiết kế

Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền độngmột chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối

bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của máy mài tròn vànhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phải điềuchỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi

Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông

động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:

- Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ)

- Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( HệT-Đ)

- Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ)

- Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phơng pháp điềuchỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ).

I> Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ) 1> Cấu trúc hệ F-Đ

Hệ thống máy phát - động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát

điện một chiều kích từ độc lập Máy phát điện này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ

ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

2>Đặc điểm của hệ F-Đ

Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh các chỉ tiêu hệ

điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sựchuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn Do vậy thờng sử dụng hệF-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ

Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít nhất

là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%), công suất lắp đặtmáy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành Ngoài ra, do các máy phát một chiều có

từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ Với những hệ truyền động điện

đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phảithay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và

có các phản hồi nâng cao chất lợng

II> Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều

Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng và bằng

Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor đ ợc sử dụngrộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt: gọn nhẹ, tổn hao

ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Trong hệ thống truyền độngchỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động Eđ phụ thuộcgiá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ) Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn điềuchỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động

mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia ) Các bộ chỉnh luthyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động Thyristor -

Động cơ (hệ T-Đ)

1> Cấu trúc hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điềuchỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặtvào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor

Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu thyristor Dòng điệnchỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộcvào phơng thức điều khiển và các tính chất của tải Trong truyền động điện, tải của chỉnh luthờng là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E)

R k

cos E

2 dm dm

do o

k

cos E

Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh trên hình 4-3 khi điều chỉnh ởvùng dới tốc độ định mức Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì cósụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các thyristor Góc điều khiển  càng lớn thì điện áp

đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản

Mc, tốc độ động cơ sẽ giảm

Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi

phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ dốc lớn

(phần nằm trong vùng gạch chéo) Đó là vùng

dòng điện gián đoạn Góc điều khiển càng lớn

(khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn

càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó

khăn hơn

Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần

xác định biên giới vùng dòng điện gián đoạn, là

đ-ờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và

gián đoạn Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờng ellipse với cáctrục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:

1 ) p

cos p sin U

IL (

) p sin p U

E

m 2

e 2

Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng giá trị

điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p Song khi tăng số xung p thì mạch lực chỉnh lu cũngtăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tớilàm xấu quá trình qúa độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệthống Biên giới này đợc mô tả bởi đờng cong nét đứt trên hình 4-3

3> Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ

Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự

động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao Điều đó rất thuận tiệncho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặctính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn vớiphạm vi điều chỉnh rộng Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn

Nhợc điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện ápchỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động

có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều Hệ số công suấtcos của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu

Hình 4-3 Đặc tính cơ hệ T-Đ



M0

III> Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ)

Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ điềuchỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản Bộ điều chỉnhxung điện áp một chiều đợc sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phải điềuchỉnh đợc điện áp ra tải

Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tảimột cách chu kỳ theo một số luật khác nhau Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các van bándẫn Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại thyristor thông thờng

nó không đợc khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nh khi làm việcvới nguồn xoay chiều Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi là

"mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sửdụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt nh transistor bipolar, MOSFET và IGBT ởnhững dải công suất mà các van này chịu đợc Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùngthyristor

Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp dụngcho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện )

Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện áp đặtvào phần ứng động cơ một chiều

Sơ đồ nguyên lý một bộ băm xung áp một chiều

Trong khoảng thời gian 0 - cho van mở ,toàn bộ đIện áp nguồn đợc đa ra tải.Cònkhoảng còn lại  - T cho van khoá , cắt nguồn khỏi tải Lúc đó ta có : Ud =UL/T = ULtrong đó: UL là điện áp một chiều cần băm,Udk là điện áp điều khiển van ,  là hệ số lấp đầy

xung:

k t

t t

t t

t T

*> Các phơng pháp điều chỉnh điện áp Ud :

Phơng pháp độ rộng xung: T=Const ; 0= var

Phơng pháp xung tần : T = var ; 0 = Const

Phơng pháp xung – thời gian : T= var ; 0= var



T

U

B E

tttt

Lựa chọn phơng án truyền động

Từ các phơng án truyền động đã giới thiệu trên tôi thấy mỗi phơng án đều có u điểm

và nhợc điểm riêng Ngày nay động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rất phổ biến bởi vì nó cókết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điệnxoay chiều ba pha, nhng về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều uviệt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạchlực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnhtốc độ rộng Chính vì vậy, trong hệ truyền động dùng cho máy mài này em sẽ sử dụng độngcơ một chiều làm động cơ truyền động

Mặt khác do trong bản thiết kế này, yêu cầu về công suất truyền động không cao nên

em sử dụng phơng pháp băm xung sử dụng Tranzitor Sở dĩ em lựa chọn phơng án này bởi vì

nó có thể bù dắp đợc những nhợc điểm của hệ(T-Đ), phơng pháp băm xung điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp nên không gây tổn thất phụ do đó hiệu suất của phơng phápnày là rất cao, mặt khác phơng pháp này sử dụng tranzitor nên rất kinh tế vì việc điều khiển

đóng mở tranzitor đơn giản hơn nhiều so với Thyristor, do đó mạch điều khiển cũng sẽ đơngiản hơn

Nh vậy ta sẽ chọn phơng án thiết kế hệ truyền động Động cơ một chiều dùng

ph-ơng pháp băm xung

b > Lựa chọn sơ đồ băm xung cụ thể

Đối với phơng pháp băm xung tuỳ thuộc vào tải và công suất của nó ta có các sơ

đồ băm xung cụ thể sau :

1 Sơ đồ băm xung có van mắc nối tiếp :

Sơ đô này có u điểm là đơn giản ,kinh tế nhng có nhợc điểm là có tồn tại chế độdòng gián đoạn làm giảm chất lợng của hệ thống , nó chỉ phù hợp với tải đủ lớn

2 Sơ đồ có chế độ hãm

Sơ đồ này tồn tại chế độ hãm, dòng điện trong mạch có thể chạy theo 2 chiều tuỳthuộc vào hệ số  và không tồn tại chế độ dòng gián đoạn.

3 Sơ đồ có đảo chiều

Khi cần cho động cơ đảo đợc chiều quay ngời ta dùng sơ đồ cầu cho mạch điều áp

một chiều nh hình vẽ trên Sơ đồ này có 3 phơng pháp điều khiển khác nhau :

 Điều khiển đối xứng : Trong phơng pháp này các cặp van lẻ và chẵn thay nhau

đóng cắt và không còn chế độ dòng gián đoạn Nhựơc điểm của phơng pháp này là điện áp

ra tải bị đảo dấu và độ đập mạch dòng điện tải cao

 Điều khiển không đối xứng : Trong kiểu điều khiển này với mỗi chiều dòng điện ,chỉ có một cặp van mắc thẳng hàng (thí dụ T1 , T4) làm việc đóng cắt ngợc pha nhau , còn 2van kia sẽ có 1 van khoá hoàn toàn và 1 van luôn sẵn sàng mở Điện áp ra tải chỉ có 1 dấu ởmột chiều xác định Phuơng pháp này cho phép giảm độ đập mạch dòng điện 2 lần so vớikiểu điều khiển đối xứng , mặt khác nó cũng cho phép làm việc ở các chế độ động cơ nhận

và phát năng lợng

 Điều khiển riêng : Với phơng pháp này ,khi động cơ hoạt động ở một chiều xác

định thì chỉ có 1 cặp (chẵn lẻ ) lam việc, cặp còn lại hoàn toàn nghỉ

Kết luận

Trong các sơ đồ trên em chọn sơ đồ có chế độ hãm

Để điều chỉnh điện áp Ud trong 3 phơng pháp đã giới thiệu trên em chọn phơng pháp

độ rộng xung T = Const ; 0 = var

c > Xác định các thông số động cơ truyền động

Các thông số kỹ thuật hệ thống

1 Mômen cực đại (Mmax): 25 (Nm)

2 Tốc độ quay chi tiết (n): 100 1000 (Vòng/phút)

3 Tỷ số truyền (i): 3

4 Hiệu suất (): 0,8

5 Mômen quán tính cơ cấu (J): 0,008 (kgm2)

1> Chọn công suất động cơ cho truyền động quay chi tiết máy mài tròn

Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, tacần xác định các yêu cầu cơ bản sau:

Đặc tính phụ tải truyền động Pc(), Mc(): Phụ tải truyền động yêu cầu điều chỉnhtốc độ với M = const Khi đó, công suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.max

M c0

ncmin 

=3

60

2

ncmax 

=3

60

2

max min

Loại động cơ truyền động: động cơ một chiều kích từ độc lập.

Đặc điểm của phụ tải truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn là giữ M =const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đại

Pmax =



1.Mđm.max =



1.Mcmax.cmax =

8 , 0

1

60

2

1000 

3272,5(W) =3,2725(KW)

Ta chọn loại động cơ 32 của Nga với các thông số sau:

2> Xác định các thông số động cơ

3200 2 3 , 24

220

6 , 5

.

.

dm dm

352 , 0 224, 220

d

124,0.352,0)Φ(

2 2

k

J R

10 92 ,

M k

R k

U

88 , 0 65 , 348 )

631 , 0 (

352 , 0 631 , 0

220 )

I k

R k

U

56 , 0 7 , 348 631

, 0

352 , 0 631 , 0

ư

ư I K

ư

ư  udm  

dm

D> Tính toán chọn van mạch lực bộ biến đổi xung áp

1 Sơ đồ mô tả trạng thái làm việc ở các chế độ khác nhau

Hai tranzitor T1 và T2 làm việc trái pha nhau Dựa theo đồ thị ,khi có T2 dòng điệntải đảo chiều ,bằng cách thay đổi  ta có các khả năng :

 EN > ED Lúc nay nguồn EN phát năng lợng còn động cơ nhận năng lợng It > 0

 EN  ED Dòng đã có giai đoạn đảo chiều :

+) 0  t/

0 : T2 khoá, năng lợng đa từ Ed về nguồn qua điôt D1 +) t/

0  t0 : T1 mở, năng lợng đa vào tải

+) t0  t1 : D0 dẫn, dòng tải chạy quẩn và tiêu tán năng lợng ở điện trở tải

+) t1  T : T2 mở dòng tải đảo chiều ,tiếp tục tiêu tán trên điẹn trở R Nh vậy ở chế độnày đã có hiện tợng nguồn nhận năng lợng ,song trong 1 chu kỳ thì nguồn vẫn phát năng lợngcho tải It > 0

 EN < ED Dòng hoàn toàn đảo chiều và chỉ có T1, D2 thay nhau dẫn, It < 0

2 mô tả toán học học bộ biến đổi băm xung áp

Các tín hiệu vào và ra của bộ biến đổi:

- Udk: tín hiệu vào điều khiển lấy từ bộ điều chỉnh dòng điện

- Uđ : tín hiệu ra là điện áp trung bình đặt vào động cơ

tx - Độ rộng xung điều khiển 0 tx T

EN - Điện áp nguồn một chiều EN = 220V

Bộ biến đổi băm xung một chiều là một mạch điều chỉnh điện áp điều chế độ rộngxung có tính chất phi tuyến và không dừng Để mô tả toán học bộ biến đổi xung áp rất phứctạp, nên chỉ có thể mô tả gần đúng bằng phơng pháp biến thiên các đại lợng nhỏ cùng môhình hoá tuyến tính Nhận thấy ứng với mỗi khoảng biến thiên của tín hiệu điều khiển Ud.Tại thời điểm phát xung mở cho mỗi cặp van Tranrito là thời điểm mà tại đó tín hiệu Udk =

Ur đợc gọi là thời điểm chuyển mạch Giả thiết rằng hiện tợng chuyển mạch không ảnh hởngtới giá trị trung bình của điện áp ra Uđ (tức bỏ qua quá trình chuyển mạch) thì bộ biến đổixung áp đợc mô tả nh sau:

Khâu băm xung áp

Vì có tính chất xung nên khi tín hiệu điều khiển biến thiên một lợng nhỏ Udk thì saumột khoảng thời gian (T- tx) cặp van tơng ứng mới mở Độ biến thiên lớn nhất của Udk bằngbiên độ lớn nhất của điện áp răng ca: Udkmax = Urmax Vậy thì khoảng thời gian trễ lớn nhấtlà:

(T- tx)max = T/2 : bằng nửa chu kì phát xung chuẩn

Do đó có thể mô tả toán học bộ biến đổi xung áp bằng một hàm trễ (bỏ qua thời giantrễ đóng/mở của bản thân Transitor cỡ khoảng s) Bằng khai triển Mc Laurin và bỏ qua cácvô cùng bé bậc cao ta có hàm truyền của bộ biến đổi xung áp một chiều là một khâu quántính:

)(

)(

p U

Hệ số khuếch đại của bộ băm xung: Kbx = Ud / Udk

Tính gần đúng theo các giá trị lớn nhất:

Udk = Urmax = 10V thì  = 1 và Ud = EN = 220 V

Kbx =

10

220 = 22

Hằng số thời gian băm xung:

Tbx = 1 , 25

400 2

1

Khi tx = T thì Ud đạt giá trị lớn nhất gần bằng nguồn:

Udmax = EN = 220 V, cặp van mở thông suốt ở chế độ xác lập ta có:

Dòng trung bình ra tải lớn nhất: Id =

u n

dm n R R

E E

ndm = 3200 [v/phút], R = 0,352 []

Tính đợc: Edm = 0,631 3200 / 9,55 = 211,43 V

Dòng : Id = 24 , 3A

352 , 0

43 , 211 220





Chọn loại van có dòng collector: Ic = k.Id

K: hệ số dự trữ, chọn =2,5  Ic = 2,5 24,3 = 60,75A

Dòng tải lớn nhất qua Diod là ID =Kat.Id =1,2 24,3A =29,16 A

Trong đó Kat là hệ số an toàn của Diod chọn Kat = 1,2

Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên điôt ở đây coi bằng EN = 220V

Căn cứ vào những số liệu trên ta chọn:

Van Transistor 2SC2366 loạI n-p-n có thông số sau:

 Dòng qua van chịu đợc: Ic= 80A

Sụt áp UCE khi van dẫn bão hoà: UCEsat = 1,5V

Điện áp UCEO khi bazơ hở : UCE0 = 400V

Hệ số khuếch đại  = 20

Nhiệt độ chịu đựng T = 1750C

Điện áp UCBO khi emiter hở VCBO = 500V

Điện áp UEBO khi colector hở VEBO = 7V

Chất liệu và loại : SN(Sylic)

Công suất lớn nhất : Pm = 300W

Chọn Diode loại BYT 30 của hãng Thomson chế tạo có các thông số sau :

Dòng cực đại qua Diode : IĐ = 30 A

Điện áp ngợc cực đại mà Diode chịu đợc : Ungmax = 200  1000 V

CHƯƠNG III : xÂY DựNG CấU TRúC ĐIềU KHIểN

TổNG HợP Hệ.

Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thờng phân hệ thành cấu trúc nhiều vòng

có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp Cho đến nay, phơng pháp chung tổng hợp các bộ điềuchỉnh trong cấu trúc nối cấp cha thật hoàn thiện, chủ yếu do việc chọn thông số tối u của các

bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần

đúng có giá trị to lớn trong thiết kế định hớng cũng nh trong chỉnh định và vận hành hệthống