đồ án ký thuật điện điện tử Thiết kế hệ thống trang bị điện – tự động hoá cho hệ thống truyền động quay chi tiết máy mài

Để đáp ứng nhu cầu tất yếu của xã hội, nhà nước ta đã đào tạo hàng ngũcán bộ kỹ thuật lành nghề, bản thân em sau khi đã học tập tại trường kết thúckhoá học em được giao đề tài : “ Thiết

Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử Ngànhđiện khí hoá xí nghiệp cũng phát triển cả bề rộng và chiều sâu, nó xâm nhậpvào hầu hết các ngành công nghiệp của nên kinh tế quốc dân, nó đã thay thếyếu tốc con người ở những khu vực nguy hiểm, làm tăng năng suất lao động,dẫn đến hạ giá thành sản phẩm và càng ngày ngành trang bị và tự động hoácho các máy sản xuất càng phát triển với những thiết bị mới hiện đại hơn

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu dùng điện càng cao đòi hỏi sự tự độnghoá và trang bị điện ngày càng khắt khe Trong nền kinh tế thị trường thì năngsuất và chất lượng sản phẩm là yếu tố quyết định sự sống còn của doanhnghiệp mà điều đó lại phụ thuộc vào hệ thống trang bị điện của cơ sở sản xấtcủa các máy công nghiệp Do đó việc trang bị một hệ thống tự động hoátruyền động điện hợp lý cho một máy sản xất là vấn đề quan trọng hàng đầucủa bất cứ một ngành sản xuất nào

Để đáp ứng nhu cầu tất yếu của xã hội, nhà nước ta đã đào tạo hàng ngũcán bộ kỹ thuật lành nghề, bản thân em sau khi đã học tập tại trường kết thúckhoá học em được giao đề tài :

“ Thiết kế hệ thống trang bị điện – tự động hoá cho hệ thống truyền động quay chi tiết máy mài ” :

Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân,nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán khoa học

có tính thuyết phục cao Bản đồ án được trình bày một cách logic, gọn nhằmgiúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ những tài liệu có uy tín.Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượngkiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết Em mongnhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng nh bè bạn để bản đồ án đượchoàn thiện hơn

Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉbảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bèđồng nghiệp Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Nguyễn Vĩnh Thuỵ công táctrong bộ môn tự động hoá của trường

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên , Ngày tháng năm Sinh viên thiết kế

Chu văn Mùi

Chương I

Giới thiệu chung công nghệ máy màI

1 > Công dụng của Máy Mài.

Mài là một phương pháp gia công kim loại, là nguyên công cuối cùngcủa quá trình gia công Nó được tín hành bởi vô số những hạt mài cắt bỏ một

lớp mỏng kim loại tuỳ theo yêu cầu mài thô hay mài tinh Phương pháp giacông mài đá được biết từ lâu, song đến thế kỷ XIX khi xuất hiện máy màicùng các vật liệu tổng hợp có độ cứng cao thì việc gia công mài mới có bướctiến nhảy vọt.

Ngày nay phương pháp mài càng được sử dụng rộng rãi để gia côngnhững vật liệu có tính cơ học cao, với độ chính xác cao Máy mài chiếmkhoảng 30% trong tổng số các máy cắt gọt hiện có, riêng trong ngành chế tạovòng bi trục máy thì máy màI chiếm khoảng 60% số máy

Nguyên công mài không chỉ dùng để gia công tinh mà còn là nguyêncông tạo độ bóng trơn nhẵn của chi tiết mà trong nhiều trường hợp còn sửdụng để gia công thô tăng năng suất lao động

Mài có thể gia công những chi tiết nặng khoảng 125 tấn, lượng dịchkhoảng 6mm trên máy có công suất 250KW, mỗi giờ có thể cắt gọt 250300

Kg kim loại ở tốc độ cao từ 60 80m/s và độ quay chi tiết lớn 360m/s do đónăng suất máy mài khá cao Mài có thể đạt được độ bóng bề mặt từ 7  13với cấp chính xác từ 1  2

* Đặc điểm:

So với một số phương pháp gia công kim loại khác gia công mài cónhững đặc điểm sau:

Tốc độ cắt khi mài lớn nhưng số lượng phôi cắt ra lại bé Đá mài là dụng

cụ để cắt gọt được coi là vô số lưỡi dao, đó là các hạt mài liên kết với nhaubởi chất kết dính

Tốc độ mài và góc cắt rất lớn, do đó cần phải có dung dịch làm mát đểkhỏi gây biến dạng tinh thể của nguyên công chi tiết

Dụng cụ cắt mài có lưỡi cắt không liên tục do không đIều chỉnh được vịtrí, hình dạng của các loại hạt mài trong đá nên điều chỉnh quá trình mài là rấtkhó khăn

Quá trình công nghệ mài được thực hiên theo nhiều phương pháp khácnhau và tương ứng với nó cho ra những sản phẩm khác nhau Khi tiến hànhmài, đá mài ăn vào chi tiết bằng nhiều chuyển động như :

+ Chuyển động quay đá mài

+ Chuyển động ăn dao

+ Chuyển động quay chi tiết

Nguyên tắc chung của quá trình mài là chi tiết gia công và đá mài quayngược chiều nhau để tạo ra khả năng cắt

2 > Phân loại máy mài:

Do yêu cầu của công nghệ cắt gọt kim loại rất đa dạng, các chi tiết đòihỏi độ bóng khác nhau, mặt phẳng mài, góc mài, mài trong hay mài ngoài…tổng hợp lại ta có thể phân máy mài thành các loại sau :

* Mài có tâm: là phương pháp mài có tính vạn năng cao, chi tiết mài

được gá vào 2 lỗ tâm hoặc gá vào đầu cặp của mâm cặp, còn đầu kia chốngtâm lỗ tâm là một điểm chuẩn thống nhất đã được dùng trong các nguyêncông trước để đảm bảo lượng dư khi gia công đều Nhưng trước khi mài phảisửa lại lỗ tâm để khử những sai lệch biến dạng trong quá trình nhiệt luyện chitiết còn có thể bị biến dạng cong vênh Do đó phải xem xét chi tiết trước khiđem vào mài, nếu bị cong vênh thì phải nắn lại

Mài có tâm có thể gia công được các trục trơn hoặc bậc mà vẫn đảm bảo

độ đồng tâm cao , có thể gia công được rãnh và góc lượn

Mài có thể dùng kiểu dao chạy dọc (hình 1.1) Tốc độ quay của đá Vk vàtốc độ quay chi tiết Vb Đá và chi tiết quay ngược chiều nhau mỗi hành trìnhdọc Sd thì đá sâu vào chi tiết 1 lượng Sn theo hướng kính Độ sâu Sn nhỏ nênlượng mài khá bé

Hình 1.2 : Phương pháp mài tròn ngoài

Cách mài này yêu cầu độ cứng vững của chi tiết phải tốt để tránh congvênh, cách này có ưu điểm về năng suất vì chỉ yêu cầu cho đá tiến về phíatrước trục mà không cần chạy dọc dao

* Mài vô tâm: Đặc điểm của mài vô tâm là chuẩn định chi tiết ở mặt

ngoài của chi tiết, mài vô tâm có thể thực hiện theo 2 cách Đó là mài vô tâmchạy dọc và mài vô tâm chạy ngang

- Mài vô tâm chạy dọc dao, về nguyên tắc thì chuyển động cũng giống nh mài

có tâm, nhưng khác ở chỗ là chi tiết được kẹp giữa 2 đá Một đá làm nhiệm vụcung cấp cho chi tiết 2 chuyển động là chuyển động quay và chuyển động tịnhtiến, còn 1 đá làm nhiệm vụ cắt phôi

Phần dưới của chi tiết có một thanh đỡ đặt song song với trục mài vànâng tâm của chi tiết lên cao hơn tâm của đá mài một khoảng bằng 1 2R Với R là bán kính của vật mài nhưng không quá 10 15mm

H×nh 1.3 : Ph ¬ng ph¸p mµi v« t©m

- Phương pháp mài vô tâm : Mài vô tâm chạy dao tương tự nh mài có tâm ăndao ngang Phương pháp này nếu sửa đá chính xác có thể mài mặt côn và mặtđịnh hình Yêu cầu của độ cứng vững của hai chi tiết phải tốt và mặt gia côngngắn

Ưu điểm chính của mài vô tâm là đơn giản được thời gian và gá lắp chitiết Quá trình gia công mặt chuẩn, dễ tự động hoá, độ cứng vững cao hơn làmài có tâm

Nhược điểm chính của phương pháp này là không có khả năng đảm bảo

độ đồng tâm giữa các mặt nên thường dùng để gia công mặt tròn

2.2 > Mài tròn trong :

Mài lỗ có khả năng gia công lỗ trục đạt yêu cầu chính xác khá cao nhưnglại đắt tiền, nhất là các lỗ có kích thước nhỏ Mài lỗ có tâm được thực hiệntrên các máy mài tròn, trong máy mài vạn năng có bộ phận mài lỗ hoặc đồ gá,máy tiện vạn năng mài lỗ thông thường Việc chọn máy mài làm nhiệm vụ gia

công là phụ thuộc vào dạng sản xuất và kích thước, cách thức mài thích ứngtừng chi tiết cụ thể.

Mài lỗ vô tâm được thực hiện trên máy vô tâm chuyển động cắt và bảnchất của quá trình mài hoàn toàn giống như mài tròn ngoài vì kích thước của

đá mài hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước của lỗ mài Nếu đường kính củachi tiết gia công càng nhỏ thì đường kính của đá mài càng nhỏ sự ăn mònnhanh Đồng thời diện tích tiếp xúc giữa đá và mặt công tác gia công khá lớn,toả nhiệt kém do đó đá mòn nhanh hơn Kích thước của đá nhỏ, trục mang đánhỏ khiến cho độ cứng vững kém, ảnh hưởng không Ýt đến độ chính xác củachi tiết gia công Mặc dù vậy, mài lỗ vẫn có ưu thế sử dụng rộng rãi và pháthuy được ưu điểm trong những trường hợp sau:

+ Mài các vật liệu chi tiết đã qua tôi hay vật liệu mềm

+ Mài các vật đúc có độ cứng không đều nhau

+ Mài các lỗ có kết cấu không thuận cho các phương pháp gia công khác+ Mài các lỗ có yêu cầu độ chính xác cao

+ Mài lại các lỗ cần sửa lại vị trí tương quan của bề mặt do các nguyêncông trước để lại

Mài tròn trong được thể hiện bằng hai cách :

+ Cách thứ nhất: Chi tiết được kẹp trên mâm cặp và trục đá quay tròn có thể

thực hiện chạy dao dọc hoặc chạy dao ngang (hình 1.4)

S

H×nh 1.4 : Phuo ng ph¸p mµi trßn trong

Cách này được dùng để gia công những chi tiết nhỏ, các vật thể trònhoặc dễ gá lắp trên mâm cặp Các loại này có thể được thực hiện trên máymài vạn năng và đồ gá chuyên dùng.

+ Cách thứ 2: Chi tiết gá cố định trên máy trục mang đá thực hiện các chuyển

động Chuyển động quay đá, chuyển động chạy dao, chuyển động của hànhtrình đá xung quanh tâm lỗ đó (hình 1.5)

Ngoài ra công nghệ mài còn có mài phẳng, mài cầu …

3 > Các truyền động chính trên máy mài:

Thông thường máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụngđộng cơ không đồng bộ rôto lồng sóc ở các máy mài cỡ nặng để duy trì tốc

độ cắt là không đổi khi mài đá hay kích thước gia công thay đổi thường sửdụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D =2  4/1 vớicông suất không đổi ở máy mài trung bình và nhỏ V= 50  80m/s nên đá mài

có đường kính lớn thì tốc độ quay đá khoảng 1000 vòng /phút ở những máy

có đường kính nhỏ tốc độ đá rất cao Động cơ truyền động là các động cơ đặcbiệt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc độ (2400 2800 vòng/phút)hoặc có thể lên tới (15000  20000 vòng /phút) Nguồn của động cơ là các bộbiến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc các biến tần tĩnh(BBT bằng thyristor) Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15  20%mômen định mức Mômen quán tính đá và cơ cấu truyền lực lại lớn 500 

600% mômen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay

đá Không yêu cầu đảo chiều quay động cơ quay đá

4 > Các chuyển động phụ trên máy mài :

Các chuyển động phụ nh chuyển động bơm dầu, chuyển động bôi trơn,làm mát …

Sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

5 > Các yêu cầu về trang bị điện cho truyền động quay chi tiết :

Máy mài 3A227 là loại máy mài vạn năng, các chuyển động của máy baogồm những chuyển động sau :

+ Truyền động chính là chuyển động quay đá mài

+ Truyền động ăn dao vòng là chuyển động quay chi tiết

+ Truyền động ăn dao dọc trục, ăn dao hướng tâm là chuyển động ụ đá

5.1 > Truyền động chính :

Đặc điểm của chuyển động chính là :

+ Không đảo chiều quay

+ Không cần điều chỉnh tốc độ

+ Mở máy không tải, mômen mở máy vào khoảng (15  20%) Mđm

+ Mômen quán tính lớn, nên cần hãm cưỡng bức

Do những yêu cầu trên nên chuyển động chính thường dùng động cơkhông đồng bộ ba pha rôto lồng sóc

5.2 > Truyền động quay chi tiết :

Chuyển động quay chi tiết của máy mài 3A227 có những yêu cầu sau:+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 50

+ Độ trơn khi điều chỉnh  =1

+ Độ sụt tốc độ tương đối cho phép n = 10%

+ Mở máy có tải

+ Mômen quán tính lớn, có thể lớn gấp 7  10 lần mômen định mức

Do những yêu cầu trên chuyển động quay chi tiết thường dùng động cơ 1chiều với các hệ thống:

- Hệ thống máy phát động cơ

- Hệ thống khuếch đại từ động cơ

- Bộ biến đổi van động cơ

Do mômen quán tính lớn nên hệ thống chuyển động quay chi tiết đòi hỏiphải hãm cưỡng bức, thường sử dụng hãm động năng

*Độ ổn định tốc độ: chuyển động ăn dao trong máy mài là kết hợp của

chuyển động quay chi tiết và chuyển động tịnh tiến của bàn máy Để đảm bảo

độ nhẵn bóng của bề mặt vật liệu cần gia công cũng như độ chính xác trongcông nghệ thì chuyển động ăn dao này phải có độ ổn định cao

Do những yêu cầu nh vậy nên chuyển động quay chi tiết dùng động cơ 1chiều kích từ độc lập Vì vậy động cơ loại này có khả năng quá tải lớn

+ Các yêu cầu trang bị điện của truyền động quay chi tiết máy mài trònvạn năng

- Phạm vi điều chỉnh : D = 501

min

max min

- Tốc độ làm việc : nmax =760 (v/ph) ; nmin =76(v/ph)

- Độ sụt tốc độ tương đối cho phép : n%  10%

Công suất động cơ quay chi tiết : P = 1,5 (KW)Tốc độ định mức : n = 1500 (v/ph)

Điện áp đặt vào phần ứng động cơ : U = 220 VSai lệch tĩnh : S  10%

Những yêu cầu trên nhằm mục đích thiết kế một hệ thống truyền độngquay chi tiết máy mài cho hợp lý nhất

* Yêu cầu hãm dừng :

Trong quá trình làm việc để hãm dừng nhanh và chính xác đảm bảo yêucầu kỹ thuật và năng suất khởi động có nhiều phương pháp hãm song với yêucầu về truyền động cho máy mài không yêu cầu đảo chiều quay và chỉ có hãmdừng nhanh, chính xác nên sử dụng phương pháp hãm động năng là phù hợpvới yêu cầu hơn cả

Chương II

Phân tích và lựa chon phương án truyền động

A Mục đích và ý nghĩa của việc phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện

Ngày nay trong quá trình sản xuất ra của cải vật chất của nền kinh tế quốc dân , cơ khí hoá và hiện đại hoá có mối liên hệ mật thiết với nhau

Hai yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật Chúng cho phép đơn giản kêt cấu cơ khí của máy sản xuất, tiết kiệm nguồn nhân lực lao động tạo năng suất của sản phẩm , nâng cao chất lượng sản phẩm Việc tăng năng suất của máy , giảm giá thành , sự cồng kềnh của thiết bị điện , kết cấu chất lượng của máy là hai yếu tố quan trọng của hệ thống TĐĐ-TĐH Nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau , một bên đòi hỏi hệ thống phức tạp , một bên yêu cầu hạn chế số thiết bị chung trênmáy và số thiết bị cao cấp

Cho lên việc lựa chọn một hệ thống truyền động thích hợp là một bài toán khó Vì vậy trong quá trình thiết kế , buộc người thiết kế phải đưa ra các phương án và so sánh chúng với nhau Để từ đó có thể lựa chọn được phương

án thiết kế phù hợp và tốt nhất , và điều đó được thể hiện qua các mặt sau:

- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất

- Đảm bảo tính làm việc tin cậy lâu dài

- Khi xảy ra sự cố có thể bảo dưỡng , sửa chữa , thay thế các linh kiện thuận lợi và dễ dàng , thiết bị có sẵn dễ kiếm , dễ mua

- Có vốn đầu tư chi phí vận hành nhỏ

B Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ

I Lựa chọn động cơ truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ

Trước khi đi chọn động cơ ta phân tích 2 loại động cơ thông dụng :

+ Động cơ điện xoay chiều

+ Động cơ điện 1 chiều

a - Động cơ điện xoay chiều: Là loại động cơ sử dụng trực tiếp điện từ lưới

điện xoay chiều 3 pha Trong thực tế động cơ điện xoay chiều được sử dụngrộng rãi, nó có ưu điểm nổi bật là: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, làm việc tincậy, dễ dàng trong sử dụng và vận hành, sửa chữa và bảo quản, giá thành hạ Động cơ điện xoay chiều có 3 loại :

+ Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

+ Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn

+ Động cơ đồng bộ

* Động cơ đồng bộ:

Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng,

nh vậy về phương diện nào đó có thể kết luận được nó đáp ứng tốt về yêu cầucông nghệ Nhưng việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thường chếtạo máy có công suất trung bình và lớn , giá thành cao đặc biệt là quá trìnhđiều chỉnh tốc độ là rất khó khăn, luôn cần có bộ biến tần đi kèm

Nh vậy loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật công nghệcũng nh chỉ tiêu về kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài

* Động cơ không đồng bộ :

Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ cơ

sở sản xuất nhỏ đến cơ sở trung bình chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác

Sở dĩ như vậy là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cung cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3pha Như vậy động cơ không đồng bộ có nhược điểm là việc điều chỉnh tốc

độ và khống chế các quá trình quá độ có khó khăn, hơn nữa điều chỉnh tốc độcũng không điều chỉnh được vô cấp (điều chỉnh trơn), mômen khởi động nhỏ,dòng mở máy Imm lớn

- Phương trình đặc tính cơ (ĐTC)

Để thành lập phương trình ĐTC của động cơ không đồng bộ ta sử dụng

sơ đồ thay thế sau:

+ Uf : trị số hiệu dụng của điện áp pha Stato

+ I , I1, I2: dòng điện từ hoá, dòng stato và rôto đã quy đổi về rtato

+ X, X1, X2: điện kháng mạch từ, điện kháng tản stato, và điện khángtản rôto đã quy đổi về stato

+ R ,R1, R2: điện trở mạch từ, cuộn dây stato và rôto đã quy đổi về stato

+ S :Hệ số trượt của động cơ : S =

1

2

  Trong đó : f1: là tần số của điện áp nguồn đặt vào Stato

R R X

R

U

2 2 2 1 2

2 1

1 1

) (

2 2 2

1

1 2

nm

f

X S

R R

U I







) (

' '

Khi  = 1 , S = 0 thì I2’= 0

Khi  = 0 , S = 1 thì :

2 2

2 1

1 2

2

nm

f nm

X R

R

U I

Mtđ : Là mômen điện từ của động cơ

Nếu bá qua các tổn thất phụ thì Mtđ = Mcơ = M Công suất chia thành 2 phần:

Pcơ : Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ

P2 : Công suất tổn hao đồng trong Rôto

R R

R U M

nm

f

)

(

.

' '

2 1 1

2

2 1

th

th th

S a S

S S S

S a M

M

.

) (

2

3

nm

f th

X R R

U M

R S

A B C

Rf ( hình a)

* Cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB:

Để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ta cú cỏc phương phỏp sau: Điều

chỉnh bằng cỏch thay đổi điện ỏp hoặc tần số của dũng điện Stato Ta chia

phương phỏp điều chỉnh này thành 2 nhúm : Điều ỏp và điều tần

- Để điều chỉnh điện ỏp người ta dựng bộ nguồn BĐ cú điện ỏp ra thay đổi

tuỳ theo tớn hiệu đặt điều khiển Uđk với sụ đồ nguyờn lý dưới đõy :

Đ BĐ

Uu

Uđk

Rcđ

đồng bộ có điều chỉnh điện áp nguồn

Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và khụng

dựng điện trở phụ trong mạch Rụto thỡ khi U1

biến đổi ta được một họ đặc tớnh điều khiển nh hỡnh sau :

Trong đú: Độ trượt tới hạn giữ nguyờn giỏ trị nh của đặc tớnh tự nhiờn, cũn

mụmen tới hạn tỉ lệ với bỡnh phương của điện ỏp Ub Những điện ỏp điều

n o

chỉnh này có đoạn làm việc ngắn độ cứng thấp và mômen tới hạn giảm rấtnhanh khi giảm áp

- Điều chỉnh tần số: Nh ta đã biết, tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc

độ góc của từ trường quay trong máy điện , do đó bằng cách thay đổi tần sốdòng Stato ta có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ Để thực hiện đượcphương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp chođộng cơ Sơ đồ tổng quát của hệ được vẽ nh sau :

* Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:

Sơ đồ nguyên lý như sau

U

)



Trong các phương trình trên từ thông biến đổi phụ thuộc vào dòng điệntrong mạch kích từ theo đặc tính từ hoá (đường 1) trên đồ thị Để đơn giảnkhi thành lập phương trình của đặc tính ta giả thiết từ thông phụ thuộc tuyếntính với dòng kích từ ( đường 2)

 =C.I.kkt

Với: C là hệ số tỉ lệ

Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ thì :  =C.Iư

Thế vào phương trình (1) ta được :

B

I

A C

k

R I

C k

C k A C

thông bão hoà nên từ thông hầu nh không đổi và đặc tính cơ có dạng gầntuyến tính

Đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp mềm và độ cứng thayđổi theo phụ tải Do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể nhận biết được

sự thay đổi của phụ tải

Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động cóyêu cầu ổn định cao mà nên sử dụng nó cho những truyền động có yêu cầutốc độ thay đổi theo tải Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn, vìmômen nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơnđịnh mức thì từ thông động cơ lớn hơn định mức do mômen của nó tăngnhanh hơn so với sự tăng của dòng điện Nh vậy với mức độ quá dòng điện

nh nhau thì động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mômen vàkhả năng khởi động tốt hơn động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Nhờ ưu điểm đó mà động cơ kích từ nối tiếp rất thích hợp cho nhữngtruyền động làm việc thường quá tải lớn và mômen khởi động lớn

Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khảnăng chịu tải của động cơ không bị ảnh hưởng bởi sụt áp của lưới điện

* Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập :

Rf E

Iu

+

Với: p : là số đôi cực chính

N: tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

 : từ thông kích từ dưới 1 cực (Wb)

 : tốc độ góc (rad/s)

k : hệ số cấu tạo của động cơ k p N a

.

60

.



60

.

 (hệ số Sđđ động cơ )

 K e K 0 , 105 K

55 ,

.

k

M I I k

dt

f M k

R R k

) (

) (

§Æc tÝnh c¬ ®iÖn §Æc tÝnh c¬

điện trở mạch kích từ nên khả năng ổn định tốc độ cao hơn Mặt khác đặc tính

cơ có dạng đường thẳng do đó có thể ổn định được mọi cấp tốc độ và động cơloại này có dải điều chỉnh rộng do từ thông mômen là hằng số

Kết luận:

Xét về công nghệ và cách nhận xét ở trên thì động cơ 1 chiều kích từ độclập phù hợp với yêu cầu kinh tế và yêu cầu kỹ thuật của công nghệ mài Do

đó ta chọn loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động

* Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều và chọn phương pháp điều chỉnh cho hệ thống: Trước hết ta thấy được về phương diện điều

chỉnh tốc độ thì động cơ 1 chiều có nhiều ưu điểm hơn so với các loại động cơkhác Nó không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà có cấu trúcmạch điều khiển , mạch động lực đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượngđiều chỉnh cao, dải điều chỉnh tốc độ rộng.Trong thực tế có 3 phương phápđiều chỉnh tốc độ của động cơ:

- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông

- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng

* Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ:

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạchphấn ứng

Tốc độ không tải lý tưởng :

dm

R R

-Iu E

Rf

* Điều chỉnh từ thông:

Tốc độ không tải lý tưởng:

x

dm x

tăng dần và độ cứng đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông

Nh vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cầntăng tốc độ lớn hơn tốc độ định mức Vì vậy ta cũng loại bỏ phương phápnày

* Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ khi thay đổi điện áp :

Tốc độ không tải lý tưởng:

dm

dm x

+

+



Độ cứng đặc tính cơ :

2

) (

U

dm dm

) (

Nhận xét: khi thay đổi điện áp đặt vào toàn bộ phần ứng động cơ ta được

1 họ đặc tính song song với đặc tính cơ tự nhiên ( =const) như hình vẽ Khithay đổi điện áp: Mômen ngắn mạch của động cơ giảm, tốc độ động cơ thayđổi Mặt khác, ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động cơ là có thể điều chỉnhđược tuỳ ý Do vậy ta có thể điều chỉnh và ổn định ở toàn dải điều chỉnh

Kết luận chung: Từ công nghệ quay chi tiết và qua phân tích ở trên để

phù hợp ta chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập và chọn phương pháp điềuchỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ

II > Thiế kế mạch động lực:

1. Các phương án đưa ra:

Để có được phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khíacạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động quay chi tiết máy mài ta đưa ramột số phương án để từ đó có thể so sánh và lựa chọn cho phù hợp.Các phương án đưa ra:

+ Hệ truyền động Máy phát - Động cơ

+ Hệ truyền động Van - Động cơ

+ Hệ truyền động Xung áp - Động cơ

= CL

C¸c tiÕn hiÖu ph¶n håi

Giới thiệu sơ đồ : CL: Bộ chỉnh lưu có điều khiển

ĐC : Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

KĐ : Bộ khuếch đại trung gian

FX : Mạch phát xung

- Nguyên lý hoạt động:

Các van cho dòng 1 chiều đi qua trong một phần chy kỳ gọi là khoảngdẫn (T mở) với độ sụt áp trên van không đáng kể và ngắt mạch trong phầncòn lại của chỳ kỳ

Giả sử ta xét phản hồi âm tốc độ , lúc này tín hiệu chủ đạo được tổnghợp với tín hiệu phản hồi được khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại và cho tínhiệu ra là Uđk được đưa vào mạch phát xung để khống chế sự làm việc củamạch phát xung với giá trị là góc điều khiển , do đó ở đầu ra mạch phátxung có hệ thống các xung điều khiển các Tiristor xuất hiện trong sơ đồ chỉnhlưu tương ứng với giá trị góc điều khiển  :

- Phương trình đặc tính cơ :

Giả thiết hệ thống làm việc ở chế độ dòng liên tục Dựa vào sơ đồ thaythế của hệ thống truyền động Van - Động cơ ta viết phương trình đặc tính cơ:

I k

R R k

M k

R R k

2

) (

cos

1.2 Phương án 2 :

Hệ thống khếch đại từ động cơ

a Sơ đồ nguyên lý

Khi thay đổi điện áp điều khiển Uđk tức là thay đổi dòng điều khiển

Iđk làm cho mức độ từ hoá lõi thép thay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi đồngthời làm cho Sđđ của bộ biến đổi Eb thay đổi dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi

* Phương trình đặc tính cơ:

M k

R R k

B B

2 0

) (

) / 1 (

Nếu bá qua tính chất phi tuyến của khuếch đại từ thì đường đặc tính

là các đường thẳng song song

* Ưu nhược điểm :

2 Phân tích và chọn sơ đồ Bộ biến đổi :

Động cơ đã chọn là loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập cần chọn loạiBBĐ với phạm vi công suất và vòng điều chỉnh tốc độ của hệ thống Van -Động cơ ta cần chọn các loại BBĐ sau:

+Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha bán điều khiển +Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có D0

* So sánh ưu nhược điểm ta thấy : Giữa sơ đồ hình cầu 1 pha bán điều khiển

và hình tia 3 pha có D0 ta thấy chất lượng điện áp ra của sơ đồ cầu 1 pha bánđiều khiển là không cao hình tia 3 pha có D0 là bằng phẳng hơn và đáp ứngđược yêu cầu công nghệ nên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có D0

a Giới thiệu sơ đồ sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có D 0 :

BA: máy biến áp cung cấp.

T1,T2,T3: các van chỉnh lưu có điều khiển

- Xét trường hợp 300≥α≥00 :

Lúc này van D0 không làm việc , khi đó bộ biến đổi làm việc như sau :

Ta đưa xung vao T1 , T2 , T3 dù tảI thuần trở hay thuần cảm thì dòng qua vanvẫn liên tục do vậy D0 không tác dụng

b Bộ biến đổi dùng sơ đồ cầu một pha bán điều khiển (2T+2D)

* giới thiệu sơ đồ:

T1,T2 là các van điều khiển

D1,D2 là các van không điều khiển

* Nguyên lý làm việc :

Giả sử thời điểm đầu ωt = 0 điện áp trên T1 bắt đầu lớn hơn 0 , van D1 ,

D2 vẫn đang mở , tới thời điểm 1 với 1 = α = ωt ta có điện áp trên van T1 bắtđầu dương , từ thời điểm ωt = 0 ta phát xung điều khiển đến cực điều khiểncủa T1 , T1 mở, lúc náy D2 đóng lại vì bị đặt điện áp ngược, van T1 và D2 dẫndòng , điện áp trên tảI sẽ là :Ud = U2 tới ωt = π điện áp U2=0 và bắt đầuchuyển sang nửa chu kỳ âm , D2 được đặt điện áp thuận và bắt đầu mở , cònvan T1 bị đặt điện áp ngược nên T1 khoá lại

Như vậy D1 , D2 lại đẫn dòng trong thời gian này để duy trì dòng qua tải(đóng vai trò như D0), Tới thời điểm 2 ta phát xung điều khiển đến cực điềukhiển T2 , T2 mở do được đặt điện áp thuận , van D1 đóng lại do bị đặt điện ápngược , van D2 tiếp tục dẫn dòng.

Đến thời điểm ωt = 2π , U2 = 0 và bắt đầu chuyển sang âm D1 lại được đặtđiện áp thuận và D1 mở , T2 khoá do bị đặt điện áp ngược Quá trình lặp lạigiống như thời điểm ban đầu ωt = 0  π

*Một số biểu thức tính toán cơ bản:

i Do

0

* So sánh ưu nhược điểm

Qua quá trình phân tích hai sơ đồ trên ta nhận thấy sơ đồ cầu một phabán điều khiển cho chất lượng điện áp ra không cao , còn hình tia ba pha có

Do bằng phẳng hơn

Vậy ta chọn sơ đồ hình tia ba pha có Do làm mạch chỉnh lưu

BA: máy biến áp cung cấp

T1,T2,T3: các van chỉnh lưu có điều khiển

ĐC : là động cơ

D0 : là van điôt không

CK : là cuộn kháng san bằng

CKt : là cuộn kích từ động cơ

IA, IB, IA : là dòng điện pha bên phía sơ cấp máy biến áp

Ia, ib, ic : là dòng điện pha bên phía thứ cấp máy biến áp

* Nguyên lý làm việc :

Trước thời điểm xét ta giả thiết sơ đồ đã làm việc xác lập với L = Với sơ đồ này , tuỳ thuộc vào giá trị điều khiển α mà có thể xẩy ra hai trường