đồ án trang bị điện_đặng tố thân_đhspkt vinh_khoa điện

1.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TRANG BỊ ĐIỆN MÁY BÀO GIƯỜNG 1.2.1 Chuyển động chính của bàn máy Chuyển động của bàn là truyền động chính của máy, đây là kiểu chuy

TRƯỜNG ĐH SPKT VINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

LỚP ĐH ĐIỆN K6 -TĐH

Giáo viên hướng dẫn: Vũ Anh Tuấn

Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường với các thông số cho trong bảng số liệu.

TT F zmax

(N)

V th (m/p)

V 0 (m/p)

G (N)

G 0 (N)

(m)

J (kg/m 2 )

NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

1 Tính chọn công suất động cơ truyền động

2 Lựa chọn phương án truyền động

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Nhận xét của giáo viên phản biện: ………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Ngày nay sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuậtnói chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt của xãhội thay đổi từng ngày Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng được những điều kiệnthực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người Kĩ Sư Điện tương lai phải được trang bịnhững kiến thức chuyên ngành một cách sâu rộng

Trong quá trình học môn Trang Bị Điện em được nhận đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động chính máy bào giường Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm

vì thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi có những saisót Em mong nhận được sự góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bè bạn

để bản đồ án được hoàn thiện hơn Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sựgiúp đỡ, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô giáo cũng như sự góp ý xây

dựng của các bạn bè Đặc biệt là sự giúp đỡ của Thầy giáo VŨ ANH TUẤN và các

thầy cô giáo công tác trong khoa điện đã giúp em hoàn thành đồ án này Em xinchân thành cảm ơn !

CHƯƠNG I: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1.1 Giới thiệu chung về máy bào giường

Máy bào giường hay còn gọi là máy bào mặt phẳng hiện nay được sử dụngrộng rãi Trong các loại máy cơ khí, nó được dung để gia công bề mặt các chi tiếtkim loại có biến dạng lớn Ngoài ra máy bào giường còn được dung để xẻ rãnhhinh T, V, đuôi én Máy bào có thề gia công bề mặt các chi tiết ở mức độ thô hoặctinh khác nhau Truyền động chính trong máy bào giường là truyền động tỉnh tiếncủa bàn máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ điện Chất lượng và năng suấtcủa máy bào mặt giường phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt,

mô men cắt của dao…Vì vậy việc điều khiển động cơ truyền động cho máy là hếtsức quan trọng mà ta cần nghiên cứu và giải quyết

1.1.2 Phân loại

Máy bào mặt giường hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại tachia thành các nhóm bào giường như sau:

Dựa vào số trụ phân ra:

Máy bào một trụ: ví dụ như các kiểu máy 710, 71120, 7116

Máy bào hai trụ: ví dụ như các kiểu máy 7210, 7212, 7216

Dựa vào chiều dài (L b ) của máy và lực kéo bàn (F k ) ta phân ra:

Máy cơ nhỏ: chiều dài Lb < 3 (m); Lực kéo Fk = 30 ÷ 50 (KN)

Máy cỡ trung bình: chiều dài Lb = 4 ÷ 5 (m); Lực kéo Fk = 50 ÷ 70 (KN)

Máy cỡ lớn: chiều dài Lb > 5 (m); Lực kéo Fk > 70 (KN)

1.1.3 Kết cấu máy bào giường

Hình 1-1: Hình dạng bên ngoài máy bào giường hai trụ

• Đế máy (thân máy)

Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối vững chắc chomáy Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển dọc theo đếmáy

• Bàn máy

Được làm bằng gang đúc để mang chi tiết gia công Trên bàn máy có 5

rãnh chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đếmáy nhờ lực kéo của động cơ truyền động

Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao Giá máy

có thể dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng dịch chuyển lớnnhất của các con trượt là 300mm, góc quay giá đỡ là 600

• Bộ phận truyền động

Gồm các máy xoay chiều, một chiều chuyển động quay và qua các hộp

truyền động truyền chuyển động cho các bộ phận của máy.

1.1.4 Quá trình cắt gọt

Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qualại Dao cắt 3 được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4 Bàn dao 4 được đặt trên xàngang 5 cố định khi gia công Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lạitheo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược Ơhành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hình trình cắt gọt Ơ hànhtrình ngược, bàn máy chảy về vị trí ban đầu, không cắt gọt, nên gọi là hành trìnhkhông tải Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại di chuyển theochiều ngang một khoảng gọi lượng ăn dao s (mm/hành trình kép) Chuyển độngtịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính Dịch chuyển của bàn daosau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao Chuyển động phụ là di chuyểnnhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải

1.2 CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN VÀ TRANG

BỊ ĐIỆN MÁY BÀO GIƯỜNG

1.2.1 Chuyển động chính của bàn máy

Chuyển động của bàn là truyền động chính của máy, đây là kiểu chuyển độngtịnh tiến và có tính chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trìnhthuận và hành trình ngược

Chuyển động của bàn được thực hiện bằng một động cơ điện qua hộp giảmtốc truyền động tới trục vít thanh răng biến chuyển động quay thành chuyển độngtịnh tiến của bàn Tốc độ bàn máy được biểu diễn theo thời gian trong một chu kỳ

Hình 1.2 đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào

Đồ thị tốc độ bàn máy được vẽ trên hình 1-2 Đây là dạng đồ thị thường gặp.Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ

v0 = 515m/ph (tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1 Sau khi chảy ổn địnhvới tốc độ v0 trong khoảng thời gian t2 thì gia cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ởtốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết) Bàn này tiếp tục chảy với tốc độ ổn định

v0 cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc đến vth (tốc độ cắt gọt) Trong thời gian t5

bàn máy chuyển động với tốc độ vth và thực hiện gia công chi tiết Gần hết hànhtrình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v0, dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độcủa bàn là v0 Sau đó bàn máy đảo chiều sang nhành trình ngược đến tốc độ vng,thực hiện hành trình không tải, bàn bàn máy về vị trí ban đầu Gần hết hành trìnhngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ v0, đảo chiêu sang hành trình thuận,thực hiện một chu kỳ khác Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máyđảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trướckhi dao cắt vào chi tiết

Tốc độ hành trình thuận vth được xác định tương ứng bởi chế độ cắt; thường

Vth = 5 (75120) m/ph ; tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt Vmax = (75120) m/ph Đểtăng năng suất của máy, tốc độ hành trình ngược thường chọn lớn hơn tốc độ hànhtrình thuận; Vng = k.Vth (thường k = 23)

Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thờigian:

n = = (1-1)

Trong đó:

Tck – Thời gian của một 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)

Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng và giảm tốc độ là không đổi thì:

tăng Nếu chiều dài bàn Lb > 3m thì tđc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k.Khi Lb bé , nhất là khi tốc độ thuận lớn Vth = (75120) m/ph thì tđc ảnh hưởng nhiềuđến năng suất Vì vậy một trong các điều cần chú ý khi thiết kế truyền động chínhmáy bào giường là phấn đấu giảm thời gian quá trình quá độ.Phạm vi điều chỉnhtốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất của bàn máy (tốc độ lớn nhấttrong hành trình ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất tronghành trình thuận).

do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn Vì vậy, thực tế người ta thường mởrộng phạm vi điều chỉnh điện áp, giảm phạm điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnhtốc độn động cơ trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng Trong trường hợpnày công suất động cơ phải tăng Vmax/Vg.h lần

Ơ chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từkhông đến định mức

Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộtruyền với độ tác động cực đại.

Đối với những máy bào giường cỡ nhỏ hệ truyền động chính thường là động

cơ không đòng bộ – khớp ly hợp; động cơ không đồng bộ roto dây quấn hoặc động

cơ một chiều kích từ độc lập và hộp tốc độ Những máy cỡ trung bình hệ thốngtruyền động là hệ F- (máy phát một chiều – động cơ một chiều) Đối với máy cỡlớn hệ truyền động điện là hệ F-Đ có bộ khuếch đại trung gian; hệ chỉnh lưu dùngthyristor – động cơ một chiều

1.2.2 Chuyển động ăn dao

Là sự dịch chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép của chuyển độngchính Cứ sau khi kết thúc một hành trình ngược thì bàn dao lại dịch chuyển theochiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao

Chuyển động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình képlàm việc một lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận

và kết thúc trước khi dao cắt vào chi tiết)

Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là D = (100200)/1 Lượng ăn dao cực đại cóthể đạt tới (80100) 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 dichuyển làm việc và di chuyển nhanh

Chuyển động ăn dao thường được thực hiện bằng động cơ không đồng bộ rô

S = br.z.t.T

Trong đó:

tv, br – Tốc độ góc của trục vít, bánh răng, 1/s

z – Số 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

Từ biểu thức trên ta thấy: để điều chỉnh lượng ăn dao s bằng cách thay đổithời gian có thể sự dụng nguyên tắc hành trình (dùng các công tắc hành trình) hoặcnguyên tắc thời gian (dùng các rơ le thời gian) Các nguyên tắc này đơn giảnnhưng năng suất máy thường bị hạn chế Lý do là lượng ăn dao lớn, thời gian làmviệc phải dài, nghĩa là thời gian đạo chiều từ hành trình thuận sang hành trìnhngược phải dài, nhiều trường hợp không cho phép

Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ, điều chỉnhtốc độ bản thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp Nguyên tắc này tuyphức tạp hơn nguyên tắc trên, nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyềnđộng như nhau với các lượng ăn dao khác nhau

Một hệ thống chuyển động ăn dao được sử dụng trong nhiều máy bào giường

cỡ trung bình Bộ phận chính là hệ thống đĩa với số răng trên các đĩa khác nhau Sốđĩa sẽ là số cấp ăn dao ứng với một tốc độ của trục làm việc Số đĩa có thể là 7hoặc 8, khi kết hợp với hộp tốc độ 3 cấp thì sẽ tạo ra lượng ăn dao 0,550mm (7 đĩa)

và đến 100mm (8 đĩa) với = 1,26 Số răng trên đĩa sẽ xác định lượng ăn dao Mỗiđĩa ứng với một lượng ăn dao Phần ứng rơ le R sẽ di chuyển tựa trên các đĩa, khigặp răng trên đĩa thì rơ le R nhả, tác động đến mạch điều khiển và cắt điện động cơtruyền động ăn dao ĐD

1.2.3 chuyển động nâng hạ xà

Máy bào giường có giá đỡ là xà ngang có công dụng dùng để đỡ giá dao vữngchắc Xà ngang được dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy nhằm điềuchỉnh khoảng cách giữa dao và chi tiết gia công

1.2.4 Chuyển động kẹp nhả xà

Là chuyển động được định vị để kẹp chặt xà trên hai trục của máy để gia côngchi tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ, giá dao Chuyển động được thực hiện nhờđộng cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu tùy

ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà như trên

1.2.5 Bơm dầu

Khi cấp điện cho hệ truyền động làm việc thì bơm dầu cũng phải được làmviệc, lượng dầu trong máy đảm bảo thì rơe áp lực mới hoạt động làm cho kín mạchcho chuyển động của bàn Áp lực cần thiết là 2,5 at, hệ thống bơm dầu được thựchiện từ động cơ xoay chiều

1.2.6 Quạt gió

Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho hoạt động của máy làmviệc với nhiệt độ cho phép

Máy bào giường có công nghệ phức tạp, chuyển động chính yêu cầu phải có

độ chính xác khá cao và có nhiều chuyển động phụ Các chuyển động bàn vàchuyển động ăn dao có thể được điều khiển ở chế độ hiệu chỉnh hoặc tự động vớitrang thiết bị hợp lý, hiện đại Nêu điều khiển chính xác, đáp ứng được các yêu cầu

về truyền động thì máy bào giường có thể gia công ở chế độ tinh với độ chính xácrất cao

Chuyển động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng đầudao trong hành trình ngược, được thực hiện bởi động cơ không đồng bộ và namchâm điện

1.3 TÍNH CHỌN VÀ KIỂM TRA CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ

1.3.1 Phụ tải của truyền động chính

G0 , G – Khối lượng của chi tiết, bàn, (kg)

b) Ở chế độ không tải (hành trình ngược): do thành phần lực cắt bằng

không nên lực ma sát bằng:

Fms = g (G0 + G)Vậy lực kéo tổng là:

FK = Fms = g (G0 + G)Quá trình bào chi tiết ở máy bào giường được tiến hành với công suất gần nhưkhông đổi tức là lực cắt lớn sẽ tương ứng tốc độ cắt nhỏ và lực cắt nhỏ sẽ tươngứng với tốc độ cắt lớn Tuy nhiên, ở nhưng máy bào giường cỡ lớn thì đồ thị phụtải có hai vùng như đồ thị 1-3, ở đó vùng 0 < V < Vgh lực kéo là hằng số, trongvùng Vgh < V < Vmax công suất kéo PK gần hằng số

Hình 1-3: Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy bào giường

1.3.2 Tính chọn công suất động cơ

1. Tính toán sơ bộ số liệu đề tài

a) Tập hợp các số liệu ban đầu:

+ Lực cắt cực đại: F = 10000 N = 10 kN

+ Tốc độ tới hạn hành trình thuận: Vth = 20 m/ph

+ Tốc độ vào dao: V0 = 5 m/ph

+ Trọng lượng bàn máy: G = 80000 N = 80 kN

+ Trọng lượng chi tiết: G0 = 40000 N = 40 kN

+ Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện: ρ = 0,012

+ Hệ số ma sát giữa bàn với giờ trượt: μ = 0,05

+ Hiệu suất định mức của cơ cấu: η = 0,8

+ Chiều dài hành trình bàn: Lb = 10 m

+ Mômen quán tính của hệ quy về trục động cơ điện: J= 12,2 kg/m2

b) Tốc độ góc khi vào dao

= Fz + [G + Go + Fyth]

= 10000 + [ 80000 + 40000+ 4000].0,05 = 16200 (N)

b) Công suất đầu trục động cơ

Xác định công suất đầu trục động cơ ở chế độ cắt:

P th (kW)

Công suất tính toán (kW)

Bảng 1-1: Bảng tổng hợp số liệu tính toán

Từ các số liệu tính toán trên ta chọn Pđm Ptt = 57,5 (kW) Dựa vào thông sốcác loại động cơ điện một chiều ta chọn được động cơ có thông số như bảng sau:

Q (kg)

kđm = = = 3,17 (vb)

1.3.3 Kiểm nghiệm động cơ được chọn

Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng ta phải xây

dựng đồ thị phụ tải toàn phần I = f(t); trong đó có xét tới cả chế độ làm việcxác lập và quá trình quá độ

a) Các thông số động cơ khi không tải

Xác định công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận :

= 46,8 (Nm)

= 118,85 (Nm)

Xác định dòng điện không tải :

Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp điều chỉnhđiện áp ở cả dải tốc độ:

với k là hệ số nói lên quan hệ giữa dòng quá độ và dòng định mức ở đây lấy k = 2

Dòng điện quá độ: Iqđ=2.Idm = 2.89 = 178 (A)

e) Các khoảng thời gian làm việc của động cơ

Thời gian quá độ :

)

φ ω

qđ qđ

k I I

J M

M

J t

Trong đó :

J= Jqđ+Jcd = 12,2 (kg/m2)

Mqd , Iqd: momen, dòng điện động cơ trong quá trình quá độ

Mc , Ic: momen, dòng điện phụ tải của động cơ

: tốc độ động cơ ở cuối và đầu quá trình quá độ

Từ đó ta xác định được các khoảng thời gian:

2

V V t t

V L

b ith

.

V t V V t

V ng ng

= 10 - = 8,275 (m)

Vậy ta có : t11 = = = 0,206 (ph) = 12,41 (s)

Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải về momen

Điều kiện kiểm nghiệm :

là hệ số quá tải động cơ

Momen cực đại của động cơ :

Q (kg)

-41 16 650 89 0,053 40 22

0

2 18,4 3000 0,8 540

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

TRUYỀN ĐỘNG

Để đáp ứng được các yêu cầu công nghệ của máy bào giường ta có thể sử dụng các phương án sau:

- Dùng hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ

- Dùng hệ truyền động máy phát – động cơ điện một chiều (F_Đ)

- Dùng hệ truyền động chỉnh lưu thyristor – động cơ một chiều (T_Đ) có đảo chiều quay

2.1 HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Động cơ xoay chiều không đồng bộ là loại động cơ dùng điện áp nguồn xoaychiều, chúng có kết cấu đơn giản, chắc chắn, làm việc tin cậy, vận hành và sửachữa dễ dàng, có thể dùng trực tiếp điện áp lưới Phương pháp điều chỉnh tốc độdùng biến tần khó khăn và phức tạp Ngoài ra dòng mở máy của động cơ lớn

Imm = 5÷7 Iđm, mô men mở máy lại nhỏ nên dẫn đến khó khởi động khi có tải lớn.2.2 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY BÀO GIƯỜNG DÙNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT – ĐỘNG CƠ (F_Đ)

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ

Trong hệ truyền động máy phát – động cơ (hệ F-Đ hay hệ Ward - Leonard),nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ biến đổi máy điện (máy phát điện mộtchiều kích từ độc lập)

Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ như hình 2-1

CKK

K R

N T

CKF

R KF T

N

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ

Động cơ Đ truyền động máy sản xuất MSX được cấp điện phần ứng từ máyphát F Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điệnkhông đồng bộ ĐK Động cơ ĐK cũng kéo luôn máy phát tự kích từ K để cấp điệnkích từ cho động cơ Đ và máy phát F Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điệnkích từ của máy phát tự kích từ K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp chocác cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn kích từ động cơ KTĐ Biến trở RKF dùng đểđiều chỉnh dòng kích từ máy phát F do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát

F đặt vào phần ứng động cơ Đ Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động

cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thông

Cặp tiếp điểm T đóng hoặccặp tiếp điểm N đóng, dòng điện kích từ máy phát

IKTF đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông UF, do đó UF đảo dấu, dẫn đến động cơ Đđảo chiều

Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh:

+ Tăng UĐ về định mức

+ Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0

2.2.2 Phương trình đặc tính cơ của hệ

Từ phương trình động cơ một chiều , ta đã biết:

=

-Khi thay: U = EF – IưRưF

Ta có:

=

Với: 0 = là tốc độ không tải ý tưởng của động cơ

= M là độ sụt tốc độ của động cơ khi mô men của động cơ là M

Trong thực tế, không dùng hệ F-Đ đơn giản Để ổn định tốc độ động cơ khilàm việc, người ta đưa và hệ thống các phản hồi, khi đó hệ thống trở thành hệ kín

2.2.3 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ

Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính ứng với điện áp phần ứng địnhmức (UĐ = UĐđm) và điện áp kích từ định mức (UKTĐ = UKTĐđm) nghĩa là từ thôngđịnh mức (U = UĐđm) Đặc tính cơ tự nhiên của hệ F-Đ là đường nét đậm trên hình2-2

1

Giảm UĐUĐđm UFGiảm UF0

0

0

Hình 2-2: Họ các đường đặc tính của hệ F-Đ

Để điều chỉnh tốc độ động cơ ở vùng dưới (vùng 1) đường đặc tính tự nhiên,

ta giữ từ thông động cơ là định mức (UĐ = UĐđm) và điều chỉnh giảm điện áp đặtvào phần ứng động cơ (UĐ giảm) Trường hợp này, tốc độ 0 thay đổi (giảm) còn độ

thông ϕĐ của động cơ Trường hợp này tốc độ lý tải không tưởng 0 tăng lên còn độcứng đặc tính cơ giảm đi Đặc tính cơ có tốc độ 0 càng lớn thì càng mềm.

Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức (đm) xuống thấp nhờ giảm s.đ.đmáy phát EF qua việc giảm kích từ máy phát (tăng RKF) thì trên thực tế, hệ F-Đkhông chô được những tốc độ quá thấp Lý do là muốn có tốc độ nhỏ thì điện ápđặt vào động cơ phải nhỏ nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từ máy phát

F phải nhỏ Về nguyên tắc, tăng RKF thì dòng điện kích từ sẽ nhỏ nhưng từ trường F

không thể yếu hơn từ trường dư của máy phát được

2.2.4 Hệ thống máy phát động cơ F-Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuếch

đại từ trường ngang (MKĐ)

Với những hạn chế của hệ F-Đ đã nêu trên, thay vì sử dụng máy phát kíchthích K, người ta đưa vào hệ thống MKĐ Đó là máy điện một chiều đặc biệt có 2chổi than, trong đó có một cặp ngang trục được nối ngắn mạch Nhờ vậy dòng điệnchảy trong dây quấn ngang trục khá lớn tạo ra từ trường của máy lớn nên hệ sốkhuếch đại của máy rất lớn Trên máy có nhiều cuộn kích thích, trong đó có cuộnchủ đạo (W1) được cung cấp từ nguồn một chiều độc lập có thể thay đổi được chỉ

số Các cuộn còn lại được nối với các khâu phản hồi Từ trường do các cuộn phảnhồi cung chiều hoặc ngược chiều với từ trường chính là do tính chất của phản hồi

2.2.4.1 Hệ thống F-Đ với phản hồi âm tốc độ

Hình 2-3: Hệ thống F-Đ với phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc Máy phát tốc là máy điện mộtchiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất vớitốc độ của động cơ Roto của FT được nối đồng trục với roto động cơ Phụ tải củamáy phát tốc là cuộn kích thích W2 của máy điện khuếch đại Dòng điện chảytrong W2 tạo ra sức từ động F2 ngược chiều F1

Phương trình cân bằng sức từ động:

F = F1 – F2

Quá trình ổn định tốc độ được giải thích nhờ phương trình cân bằng sức từ

Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì khôngđổi theo tốc độ đặt trước Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy Việc sử dụngcác thiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành Do đó người ta đưavào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt.

+ Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm Uss, Rss vàvan D

+ Khi Iư bé hơn trị số cho phép thì Uph < Uss do đó van D khóa nên F2 = 0.+ Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đế Uph > Uss do đó van D mở nên F2 ≠ 0 ⇒ F = F1 -

F2 giảm xuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động

cơ giảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ

Hinh 2-4: Hệ thống F-Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

Phản hồi bao gồm một khâu phản hồi âm dòng điện phần ứng và một khâu sosánh như hình trên Van bán dẫn D được đặt vào một biến áp là hiể của điện ápphản hồi và điện áp so sánh Khi dòng điện phần ứn chưa vượt khỏi trị số cho

phép, van D không dân dòng s.đ.đ F2 = 0 Khi dòng điện vượt quá trị số cho chỉnhđịnh, van D mở F2 0 làm giảm sức từ động MKĐ, dẫn đến kích thích máy phátđộng cơ giảm tốc độ, đường đặc tính đốc đến n=0.

Phản hồi âm áp có ngắt:

Khi chỉ sử dụng phản hồi âm điện áp để ổn định tốc độ động cơ làm giảm tổnthất trong quá trình điều chỉnh tốc độ, tuy nhiên trong quá trình khởi động, phảnhồi sẽ làm làm chậm gia tốc của hệ Khâu ngắt nhằm không cho phản hồi tham giavào quá trình khởi động của hệ Khi quá trình khởi động kết thúc, phản hồi dượcđưa vào để ổn định tốc độ động cơ

Ưu điểm:

+ Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống cónhững đực tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc

+ Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: điều chỉnh kích thích máy phát

và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích từ máyphát Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau:

- Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không

- Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi giảm chiều dòng kích từ

- Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc

ổn định với tải có tính thế năng

→ Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳngtoạ độ

+ Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạngthái làm việc rất linh hoạt

+ Do các phần tử trong hệ là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rấttốt

+ Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt dảiđiều chỉnh

+ Hệ số cosϕ khá cao

Nhược điểm:

Nhược điểm cơ bản của của hệ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếmdiện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc Máy phát điện

có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp rất khó khan

Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc

độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thờigian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )

2.3 HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY BÀO GIƯỜNG DÙNG THYRISTOR – ĐỘNG CƠ (T_Đ)

Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồnxoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi điện áp xoay chiều của nguồn thành điện

áp một chiều trên phụ tải

Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy mà

có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều

Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là điện

áp đập mạch

Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà cóthể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:

- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha

- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ,chỉnh lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia

- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu cóđiều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển

2.3.1 Một số hệ truyền động T-Đ

Hệ truyền động T – Đ là hệ truyền động động cơ một chiều kích từ độc lập,điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơhoặc thay đổi điện áp đặt vào phần cảm của động cơ thông qua các bộ biến đổichỉnh lưu dùng Tiristor

KTĐ IKTT

K1

3 fa ~

Hình 2-6: Hệ truyền động T – Đ đảo chiều bằng dòng kích từ.

Hệ có thể thay đổi tốc độ và đảo chiều quay của động cơ Việc đảo chiềuquay của động cơ được thực hiện bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ IKT quahai bộ chỉnh lưu 3 pha có điều khiển CL1 và CL2 được nối theo hình tia hoặc hìnhcầu Cũng có thể dùng một bộ chỉnh lưu có điều khiển với phương pháp đảo cựctính đầu ra thay cho 2 bộ chỉnh lưu CL1 và CL2 (được trình bày ở chương III)

Khi công suất kích từ nhỏ, có thể thay các bộ chỉnh lưu 3 pha CL1 và CL2

bằng các bộ chỉnh lưu Tiristor một pha

Phương pháp đảo chiều bằng từ thông có một hạn chế do công suất của cuộncảm có hệ số tự cảm lớn, làm tăng thời gian đảo chiều Vì vậy ta có thể đảo chiềuquay nhờ đảo chiều dòng phần ứng theo hình 2-7

3 fa ~

KTĐ

CL3

3 fa ~

Hình 2-7: Sơ đồ khối của hệ thống T – Đ nhờ đảo chiều dòng phần ứng.

Động cơ được điều chỉnh tốc độ qua 2 vùng:

- Vùng dưới tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơqua bộ chỉnh lưu 3 pha có điều khiển CL1 (quay thuận) hoặc CL2 (quay ngược).Điện áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức Uđm, còn từ thông là định mứcΦđm

- Vùng trên tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi dòng điện kích từ (tức là thay đổi từthông) xuống dưới giá trị định mức qua bộ chỉnh lưu có điều khiển CL3

Độ cứng của đặc tính là: K

dm

X R

K

+

= ( φ )2β

2.3.2 Phương trình đặc tính cơ của hệ

- Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất

- BBĐ: Bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều

- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện

1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ

- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ haynhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu

- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R

và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) đểnâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống.

2.3.3 Phương trình đặc tính cơ của hệ

Trong hệ thống T – Đ, nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ là bộ BBĐTiristor Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ Ta cóphương trình đặc tính cơ cho hệ T – Đ ở các chế độ dòng là:

• Chế độ dòng điện liên tục:

Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng

Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính

I K

X R K

E n

dm

K dm

do

φ φ

α

.

cos

=

M K

X R K

E n

dm

K dm

do

2

) (

cos

φ φ

K

+

= ( φ )2β

Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van

Thay đổi góc điều khiển:

- Khi α = 0 ÷ π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họđặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [ω ,M] do các van

không cho dòng điện phần ứng đổi chiều

Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi

Hình 2-9: Sơ đồ đặc tính của hệ T – Đ

: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, biến

cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới điện.Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng

Dòng điện trung bình của mạch phần ứng: K

d

X R

E E I

E

dm

K dm

do.cos .

φ φ

β

• Chế độ dòng điện gián đoạn:

Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điệngián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện giánđoạn Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ= 2 π /p và góc chuyểnmạch µ =0.

Đường biên liên tục gần là đường elip

Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu Tuy nhiên khităng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp

2.3.4 Đánh giá hệ thống

a) Ưu điểm :

+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ

số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100

+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế

+ Hệ số cosϕ nói chung của hệ thống thấp (0,6 ÷ 0,65)

+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổnhao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới

+ Mạch điều khiển phức tạp

Kết luận

Hệ F – Đ có phương pháp điều chỉnh đơn giản, dải điều chỉnh rộng, trơn, cótính linh hoạt cao, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong toàn dải điều chỉnh, tuổi thọcao, quá tải lớn Tuy nhiên do sử dụng máy điện quay nên hiệu suất thấp , cồngkềnh , tốn diện tích lắp đặt , gây tiếng ồn lớn Công suất lắp đặt lớn, vốn đầu tưcao, chi phí vận hành lớn Ngoài ra do máy phát có từ dư, đặc tính từ hóa trễ nênkhó điều chỉnh sâu tốc độ

Qua phân tích ở trên ta thấy bộ biến đổi T – Đ có ưu điểm hơn cả vì hệ thốnggọn nhẹ chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao và đáp ứng được các

yêu cầu công nghệ của máy bào giường Do đó ta lựa chọn sử dụng hệ T-Đ làm

hệ truyền động chính của máy bào giường.

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Để thiết kế hệ truyền động cho một đối tưởng ta phải căn cứ vào đặc điểmcông nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng mà ta đưa ra phương án truyềnđộng hợp lý Với mỗi đối tượng có thể có nhiều phương án truyền động khác nhau,mỗi phương án đều có ưu nhược điểm của nó Nói chung phương án đưa ra phảiđảm bảo phần lớn các yêu cầu của đối tượng như chỉ tiêu kỹ thuật, chỉ tiêu kinh tế,tính thẩm mỹ,… trong đó chỉ tiêu kỹ thuật phải đặt lên hàng đầu Thông thườngphương án đảm bảo tốt các tiêu chí kỹ thuật thì tốn kém hơn về mặt kinh tế vàngược lại Do vậy tùy thuộc vào chất lượng và độ chính xác của sản phẩm mà tanên chọn phương án hợp lý nhất Để làm được việc đó, ta cần đưa ra ít nhất haiphương án khác nhau và sau đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương án trêntất cả các phương tiện và rút ra phương án cuối cùng là đảm bảo về mặt kỹ thuậtvới chi phí thấp nhất có thể

Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa rất quan trọng, nó liên quanđến chất lượng sản phẩm cũng như hiểu quả kinh tế của sản xuất

3.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ NỐI DÂY CỦA MẠCH LỰC

Tùy theo yêu cầu cụ thể của tại, yêu cầu chất lượng, yêu cầu về kinh tế ta cầnlựa chọn sơ đồ chỉnh lưu cho phù hợp Một số chỉnh lưu thông dụng hiện nay là:

chỉnh lưu cầu một pha, chỉnh lưu hình tia ba pha, chỉnh lưu cầu không đối xứng,chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng, chỉnh lưu ba pha đối xứng.

Với máy bào giường có thông số như trên thì lực kéo Fk là khá lớn nên côngsuất động cơ một chiều phải lớn, nên không thể chọn chỉnh lưu một pha

3.1.1 Chỉnh lưu có điều khiển hình tia 3 pha

Chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển có cấu tạo từ một biến áp 3 pha với thưcấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầucatot của 3 van bán dẫn nối cung cực tính để nối với tải, ba đầu anot nối tới các phabiến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với chung tính như hìnhvẽ:

La

Lb Lc

B C

T 2

T 3

Hình 3.1 mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha, katot nối chung

Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên anot của thyristor T1 dương nhất,khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở, dòng qua T1 qua R,L và chảy về nguồn,trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích như trên thì dòng sẽ qua T2qua R, L và chảy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R, L và vềnguồn Các van trên chỉ hoạt động khi được cấp xung điều khiển và phân cựcthuận