Thiết kế truyền động cho máy mài tròn

phần iii tính chọn thiết bị Đ3-1: mục đích và ý nghĩa Trong hệ thống truyền động việc chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng, mục đích của nó là làm giảm vốn đầu t, kích thớc hệ thống mà v

phần iii



tính chọn thiết bị

Đ3-1: mục đích và ý nghĩa

Trong hệ thống truyền động việc chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng, mục đích của nó là làm giảm vốn đầu t, kích thớc hệ thống mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật

Trong đó việc chọn động cơ có ý nghĩa rất quan trọng:

Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn công suất yêu cầu thì động cơ luôn phải làm việc quá tải, cách điện trong động cơ sẽ bị hoá già nhanh do nhiệt dẫn đến tuổi thọ động cơ kém

Nếu chọn động cơ có công suất quá lớn sẽ làm tăng vốn đầu t, diện tích lắp đặt, động cơ luôn làm việc non tải, hiệu suất thấp làm giảm hệ số cos  của

hệ thống, ảnh hởng đến chất lợng điện năng

Do đó ta phải chọn thiết bị sao cho hợp lý nhất, đảm bảo đợc chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế

Đ3-2: chọn thiết bị mạch động lực

1 Chọn công suất động cơ

Dựa vào yêu cầu của máy mài vạn năng ta chọn động cơ truyền động có các thông số sau:

2 Chọn máy biến áp

Chọn máy biến áp nhằm tạo ra điện áp thích hợp và số pha cần thiết, cách

ly tải với lới điện, hạn chế dòng ngăn mạch, giảm gia tốc tăng của các van

ở đây ta chọn máy biến áp ba pha có tổ đầu dây /y-1

a- Điện áp thứ cấp máy biến áp

Theo công thức kinh nghiệm ta có:

U2fa= ka.k.kv ki.Uđm (3-1)

Trong đó:

-Uđm: Đồ án tốt nghiệp iện áp định mức của động cơ Uđm= 220(V).

- ku = 1,1 hệ số dự trữ xét tới sụt áp của lới điện (ku=1,1ữ1,5)

- kα: Hệ số kể tới khả năng mở không hết của các van khi điện áp điều khiển cực đại Thờng thì kα =1,1

- kv: Hệ số dự trữ xét tới sự sụt áp trên điện trở của máy biến áp và sụt áp khi chuyển mạch Lấy kv = 1,05

- ki: Hệ số sơ đồ chỉnh lu, với sơ đồ tia ba pha ki = 0,855

 U2fa = 1,1.1,1.1,05.0,855.220 = 239,13(V)

Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp:

Trong đó: ki = I2/Id = 0,855 là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lu

 I2fa = ki.Iđm = 0,855.9 = 7,695 (A)

Chọn mật độ dòng trong dây dẫn thứ cấp MBA: J2 = 2,5 A/mm2

 Tiết diện dây dẫn thứ cấp là:

5 , 2

695 , 7 J

I

2

fa 2

3,76 mm2

b Trị hiệu dụng của dòng điện pha sơ cấp MBA:

I1fa = ki.Iđm.nba

nba =

dmfa 1

fa 2

U

U

: Hệ số biến áp

 I1fa = 0,855.9

380

13 , 239

= 5,751(A)

Khi J1 = 2,5 A/mm2  S1 =

J

I1fa

5 , 2

751 , 5



c Công suất MBA:

Stt = k.ks.ku.kv.U1đm.Iđm.10-3 (KVA)

ks: hệ số dự trữ công suất lấy bằng 1,2

 Stt = 1,1.1,2.1,15.1,05.220.9.10-3 = 3,0056 (KVA)

Chọn Stt = 3 (KVA)

Vậy ta chọn MBA có các thông số sau:

3 Chọn Thyristor

Thyristor là phần tử biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều Việc chọn Thyristor phải thoả mãn:

- Dòng trung bình qua van lúc mở máy

- Đồ án tốt nghiệp iện áp ngợc đặt lên van

Vì Thyristor là phần tử bán dẫn nên khả năng quá tải kém, nó bị hạn chế bởi sự đốt nóng tiếp giáp p - n

Vậy điều kiện chọn van là:

ITđm  Itbđm

Ungmax  Utngmax

Itbđm = kdt I

m

dm

m = 3: số pha

kdt = 2,5: Hệ số dự trữ kể đến lúc mở máy động cơ

 Itbđm =

3

9 5 , 2

= 7,5 (A)

Ungmax = 6.U2 = 6.240 = 587,877 (V)

Ta chọn Thyristor do Liên xô cũ chế tạo có các thông số sau [ ]

4 Chọn cuộn kháng san bằng

Do mạch động lực ta dùng sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha nên dạng dòng

và áp ra có tính đập mạch cao, do đó để san phẳng điện áp đập mạch ta dùng cuộn kháng san bằng vừa để lọc vừa để làm phần tử duy trì dòng điện khi van dẫn gián đoạn ở vùng điều chỉnh sâu tốc độ Đồ án tốt nghiệp iện kháng ứng với sóng hài bậc 1 là:

x1 = .L1

ở đây ta bỏ qua điện trở cuộn kháng vì nó << 1 Cuộn kháng đợc chọn theo dòng làm việc max của động cơ:

L =

0

12

I m

U 2

ω = L + Lck.

Trong đó U12 là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lu, nó đợc xác

định theo biểu thức:

U12 = 1

 







α π α π

2 /

2 /

(U2cost + cost)dt

Lấy  = 1800 ta có:

U12 = 1

 (-239sint 3 / 2

2 /

π

π - sint 3 / 2

2 /

π

π ) = 153,4 (V)

I0: Dòng không tải: I0 = 5%Iđm = 0,05.9 = 0.45 (A)

m = 3 Số pha mạch chỉnh lu

 = 2f = 314 rad/s: Tỗn số sóng hài cơ bản

 L = 2 153 4

3 0 45 314 0 51186

,

Cuộn dây phần ứng động cơ có điện cảm là: L = 0,0464 (H)

 Lck = L - L = 0,512 - 0,0464 = 0,4059 (H)

5 Chọn Diod D 0

Diod D0 mắc song song với phần ứng động cơ và cuộn kháng san bằng nhằm đảm bảo thu nhỏ triệt để vùng dòng gián đoạn Nh vậy điều kiện chọn phải là:

IđmD0  ID0  Iđm

UngD0  UraBBĐồ án tốt nghiệp .kdt  UngmaxD0.kdt Với kdt là hệ số dự trữ: Kdt = 1,2

 UngmaxD0 = 2U2.kdt = 2.240.1,2 = 407,3 (V)

ID0 = I.kdt = 9.1,2 = 10,8 (A)

Theo quyển [ ] ta chọn D0 có các thông số sau:

6 Chọn R - C bảo vệ quá áp cho Thyristor

Trong quá trình làm việc, do chế độ làm việc của Tiristor là chỉnh lu (biến đổi điện áp), nên khi chuyển đổi từ chế độ khoá - mở - khoá thì trên Tiristor thờng có sự gia tăng đột ngột của dòng và áp, ngời ta gọi đó là gia tốc dòng và áp di/dt, du/dt Đồ án tốt nghiệp ể đảm bảo cho các van làm việc an toàn thì ta mắc song song với T một mạch R - C nối tiếp, khi đó biến thiên dòng và áp trên van thong qua tụ C sẽ đợc giảm nhỏ đi về biên độ Mặt khác, mạch R - C còn có tác dụng rã mạch dòng ngợc và tiêu tán trên điện trở R

Giá trị của R và C đợc xác định theo công thức kinh nghiệm:

C =

Tdm ng ng

0 T 3

I

U 10 R );

F ( U

I 10





()

Trong đó: - IT0 là dòng qua van trớc khi xảy ra chuyển đổi

IT0 = Itb =7,5 (A)

- ITđm =25 (A) là dòng định mức van

- Ung = 1000 (V): Đồ án tốt nghiệp iện áp ngợc cho phép của van

Hằng số thời gian điện từ:

T = R.C =

20 25

5 , 7 100 I

I 100 I

U 10 U

I 10

Tdm

0 T Tdm

ng ng

0 T 3









(s)

Vậy: C = 7,5.10-3/1000 = 7,5.10-6 = 7,5 (F)

R = 1000.10/25 = 400 ()

Ta có: z2 = R2 + (1/c)2 = 4002 + (1/314.7,5.10-6)2 = 583,4 ()

Dòng rẽ qua mạch nhánh:

4 , 583

240 z

U2



 Đồ án tốt nghiệp iện trở có công suất là:

P = I2.R = 72,3 (W)

7 Chọn điện trở hãm

Muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ

ra khỏi nguồn điện một chiều, đồng thời đóng thêm điện trở hãm vào nối kín mạch phần ứng động cơ

Tại thời điểm ban đầu khi đóng cắt, do quán tính cơ nên tốc độ động cơ vẫn cha kịp thay đổi:

 = hbđ nên: Ehbđ = K hbđ = Eđ = -Uđm

Ihbđ =

-h h

dm h

hbd

R 06 , 2

220 R

R

U R

R

E











Φ

R R I K

R R





Khi  = const thì đặc tính cơ rất cứng khi Rh nhỏ do Mh = Ihbđ.K

 Rh nhỏ  Ihbđ lớn  Mh lớn  th nhỏ  hãm nhanh

Khi Rh lớn  Ihbđ lớn  Mh nhỏ  th lớn  hãm lâu

Về mặt kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho động cơ thì ngời ta thờng chọn

Rh sao cho Ihbđ nằm trong giá trị cho phép:

Ihbđ = (2  2,5)Iđm

 220

2 06 ,  Rh 2 2, Idm 2 2 9, 19 8, (A)

 Rh =220 40 788

19 8 9 362



 , , , )

Chọn Rh = 9()

Khi đó: P = Ih Rh = (19,8)2.9 = 3528,36(W)

Vậy ta chọn Rh có thông số:

Rh = 9()

P = 3,53 (KW)

8 Tính toán thông số mạch phần ứng động cơ.

* Đồ án tốt nghiệp iện trở mạch phần ứng:

R = .(R + Rtx)

: hệ số quy đổi trong điều kiện làm việc 250  750C

Thờng  = 1,2

R = 12,06 ()

Rtx = Utx/Iđm = 2/9 = 0,222 ()

Rtx: Đồ án tốt nghiệp iện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp điện

 R = 1,2.(12,06 + 0,222) = 14,7384 ()

L = 0,512 (H)

* Hằng số thời gian điện từ:

T = L/R = 0,512/14,7384 = 0,03473 (s).

* Hệ số cấu tạo động cơ (Hệ số khuyếch đại):

kĐồ án tốt nghiệp = 1/ke

3000

9 7384 , 14 220 n

R I U

dm

dm

 kĐồ án tốt nghiệp =1/0,02912 = 34,343 (vòng/vol)

* Hằng số thời gian động cơ (TM):

TM =

e M

2

k k 375

R GD

Với kM = 9,55ke

) 02912 ,

0 (

55 , 9 375

7384 , 14 045 , 0 )

k (

55 , 9 375

R GD

2 2

e

2



9 Bảo vệ quá dòng cho mạch động lực

Trong quá trình làm việc trị số dòng tải khi bị quá tải lớn sẽ gây ảnh hởng xấu đến các thiết bị Đồ án tốt nghiệp ể khắc phục tình trạng này ta trang bị mạch bảo vệ, ở đây

ta sử dụng Aptômát

Đồ án tốt nghiệp iều kiện chọn:

- UATđm  Ulới

- IATđm  kpt.ki.kdt.Iđm

kqt = 1,1  1,2: Hệ số quá tải cho phép

ki = 0,85: Hệ số sơ đồ

kdt =1,2: Hệ số dự trữ Tranzitor

Dòng thứ cấp chuyển về sơ cấp:

I1đm = I2đm.W2/W1 = I2đm = 9 (A)

 IATđm  1,2.0,855.1,2.9 = 11,0875 (A)

UATđm  220 2 = 311,12 (V)

Theo bảng tra áptômát trong thiết kế CCĐồ án tốt nghiệp ta chọn áptômát có thông số

nh bảng sau:

A I đmcđ (t đ ) với tải là k.I đm khi áp là xoay chiều

10 Chọn khởi động từ

Đồ án tốt nghiệp iều kiện chọn: Số pha bằng số tiếp điểm chính của mạch động lực (ba tiếp điểm mạch động lực, một tiếp điểm thờng kín để đóng điện trở hãm)

IKĐồ án tốt nghiệp T = Itt2 = I2.kdt = 7,695.2,5 = 19,2375 (A)

UKĐồ án tốt nghiệp T  Ulới = 220 2 = 311,12 (V)

Tra bảng 4-6 tr 140 - SD-SCKCĐồ án tốt nghiệp HT để chọn khởi động từ

11 Chọn cầu dao

Cầu dao trong mạch có nhiệm vụ cách ly mạch động lực khỏi lới điện để giúp việc sửa chữa, thay thế những h hỏng đợc an toàn tuyệt đối

Đồ án tốt nghiệp iều kiện chọn

- UđmCD  Uđmlới

- IđmCD  Ilvmax = Iđm.kdt

UđmCD  380 (V)

IđmCD  9.1,2 = 10,8 (A)

Đ3-3: chọn thiết bị mạch điều khiển

1 Chọn máy phát tốc

Chọn máy FT so cho có R nhỏ, hệ số khuyếch đại lớn Dựa vào yêu cầu của hệ thống và hệ số phản hồi để bố trí máy FT ở đây máy FT đợc nối trục với trục động cơ có tỷ số truyền i = 1/2

Ta chọn máy FT có các thông số nh sau (bảng tra do bộ môn trang bị

điện - tự động hoá cung cấp):

Mã Pđm Uđm Iđm nđm R

Hệ số khuyếch đại của máy FT:

1500

9 n

U U

U n

U

dmFT raFT FT

ra dmFT

FT





Do máy FT đợc nối trục với động cơ qua một bộ truyền có tỷ số truyền i nên hệ số khuyếch đại của máy FT là:

3000

1500 006 , 0 n

n

1

γ

2 Chọn bộ khuyếch đại trung gian

Đồ án tốt nghiệp ể tính đợc hệ số khuếch đại của bộ biến đổi ta xây dựng quan hệ

Ud = f() Quan hệ này đợc xuất phát từ các quan hệ:

Ud = f()

 = f(uđk)

 Ud = f(uđk)

* Xâydựng đặc tính U d = f().

Ta có: Ud = cos 279,67

2

U 6

3 2

 α

Khi cho  = 0  /2 ta có các giá trị sau:

* Xây dựng đặc tính quan hệ U d = f(u đk )

Thực chất Ud    uđk nên ứng với mỗi giá trị của uđk ta có những thời

điểm mở van khác nhau Theo nguyên lý điều khiển pha đứng cho ta quan hệ giữa uđk và  nh sau:

 =

max RC dk max

ra

dk

U

u U

u

π

Thờng chọn uđkmax = Uramax = 80%Ucc = 0,8.15 = 12 (V)

Khi đó ứng với góc  = 1800 thì: uđkmax = URCmax = 12(V)

Do đó:  =

max RC

dk

U

u π

 uđk =

π

α URCmax

Ta có bảng sau:

Ud (V) 297,67 270,16 240,5 198,57 139,8 69,92 0

Quan hệ Ud = f(Uđk) cho trên hình vẽ:

u (v)d

u (v)dk

297,67 270,1 240,5 198,57

139,8

69,92

1 2 3 4 5 6 0

u dk

d

u

Tuyến tính hoá đờng cong trên đoạn AB ta đợc:

4 , 2 8 , 5

22 220 U

U

dk





 Δ

Δ

2 Hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống

Từ phơng trình mô tả hệ thống:

n = (U - R.I).KĐồ án tốt nghiệp = {[(Ucđ - n).Kn - [I].KI.K - R.I}KĐồ án tốt nghiệp

n + 1

K K K β n + 1

K I R n + 1

K.Ucd Đồ án tốt nghiệp I Đồ án tốt nghiệp

Δ γ γ

γ

π Σ



= n0 - n1 - n2

ở chế độ bình thờng: I = I - Ing = 0  n2 = 0

Với K = Kn.KI.KĐồ án tốt nghiệp .K là hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống, nó đợc xác

định trên đờng đặc tính cơ thấp nhất vì khi này độ sụt tốc độ và hệ số khuyếch

đại phải đạt giá trị max Ta có:

n = St.n0min = St.n0max/D =

D ).

S 1 (

n S

t

dm t

 (*)

Với n0min, n0max: Tốc độ không tải lý tởng của động cơ ở đờng đặc tính cơ

thấp nhất và cao nhất

St  5%: Sai số tĩnh cho phép, lấy St = 5%

D = 10/1: Dải điều chỉnh

Mặt khác từ PT đặc tính ta có: n = n1 =

n + 1

K I

R Đồ án tốt nghiệp γ

Σ

(**)

Cân bằng hai phơng trình (*) và (**) ta đợc:

23 , 95837 K

1 3000

05 , 0

10 ).

05 , 0 1 (

343 , 34 9 7384 , 14 003 , 0

1 K

1 n

S

D ).

S 1 (

K R I 1 K

dm t

t

Đồ án tốt nghiệp

































γ

3 Hệ số khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung gian

K = Kn.KI.KĐồ án tốt nghiệp .K = Ky.KĐồ án tốt nghiệp .K

 Ky =

235 , 58

343 , 34

23 , 95837 K

K

K

Đồ án tốt nghiệp



π

= 47,9195