Tài liệu đồ án nghiên cứu thiết kế, lắp đặt mạch điều khiển truyền động chính máy doa ngang 2620a

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 3 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A ........................................ 4 1. Chức năng, công dụng của máy doa ................................................................. 4 2. Phân loại máy doa............................................................................................. 5 3. Kết cấu của máy doa 2620A.............................................................................. 5 4. Đặc điểm công nghệ .......................................................................................... 5 5. Yêu cầu đối với truyền động điện máy doa ....................................................... 6 5.1. Truyền động chính .......................................................................................... 6 5.3. Thông số kỹ thuật ........................................................................................... 8 6. Các chế độ vận hành của máy........................................................................... 9 7. Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620A ......... 9 7.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ ............................................................................... 9 7.2. Độ trơn khi điều chỉnh ................................................................................... 9 7.3. Độ ổn định tốc độ khi làm việc....................................................................... 9 7.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ ..................................... 9 7.5. Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải .................................................................. 10 7.6. Yêu cầu hãm dừng chính xác ....................................................................... 11 7.7. Yêu cầu về đảo chiều .................................................................................... 11 7.8. Yêu cầu về kinh tế ......................................................................................... 11 PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN – MẠCH ĐỘNG LỰC ..................................................................................................................... 15 I. Giới thiệu linh kiện .......................................................................................... 15 1.1 Công tắc tơ. ................................................................................................... 15 1.2 Aptomat ba pha ............................................................................................. 16 1.4 Rơle trung gian.............................................................................................. 18 1.6 Công tắc hành trình. .................................................................................. 20 PHẦN II. TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ ........................................................... 21 1. Chọn Động cơ............................................................................................... 21 2. Tính toán vật liệu chọn Aptomat .................................................................. 22 3. Chọn công tắc tơ .......................................................................................... 24 4. Chọn Rơle thời gian ..................................................................................... 25 5. Chọn Rơle trung gian ................................................................................... 26 6. Chọn Rơle nhiệt ............................................................................................ 26 1 7. Chọn dây dẫn................................................................................................ 27 III.Thiết kế mạch điều khiển và mạch động lực. ................................................. 28 1.Sơ đồ truyền động chính máy doa ngang 2620 ............................................. 28 2. Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 31 PHẦN IV: MÔ PHỎNG CADe/SIMU ................................................................ 32 I. Giới thiệu phần mềm mô phỏng CADe/SIMU ........................................... 32 1. Giao diện chính của phần mềm:.......................................................... 32 2. II. 1. Các thư viện trong cade simu .............................................................. 33 MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY DOA NGANG 2620A. .......... 34 Sơ đồ mạch. ......................................................................................... 34 2. Quá trính hoạt động. ................................................................................ 36 2 LỜI NÓI ĐẦU Cuộc cách mạng khoa học công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực hiện đại hóa các trang thiết bị máy móc phục vụ cho quá trình sản xuất. Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước, yêu cầu tự động hoá trong máy sản xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuất sản xuất cao. Mặt khác , với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày càng cao và nhu cầu con người ngày càng đòi hỏi ngững sản phẩm sản xuất ra đạt độ chính xác và độ thẩm mỹ cao. Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loại luôn đòi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như Có khả năng tự động hoá cao, độ chính xác tuyệt đối. Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết cấu gọn nhẹ, hiệu xuất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo tính kinh tế. Để đáp ứng được công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm được sức lao động và tiết kiệm chi phí, hạ giá thành thì việc thiết kế, tính toán để chế tạo máy móc là một khâu rất quan trọng đòi hỏi người thiết kế phải nắm vững quy trình sản xuất của từng loại máy. Đồng thời, dựa vào việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án nhằm mục đích đảm bảo được các máy móc thiết bị khi chế tạo ra là tối ưu nhất. Chính vì vậy, qua đợt làm đồ án môn học thiết kế hệ thống điện điện tử này là một lần nữa giúp chúng em có thêm cơ hội, thời gian để tìm hiểu và học tập một cách sâu hơn, cụ thể hơn về lý thuyết trang bị điện. Đó chính là bài học kinh nghiệm quan trọng và vô cùng ý nghĩa đối với những kỹ sư tương lai như chúng em. Nhận thức tầm quan trọng đó nhóm em đã làm việc với tinh thần nghiêm túc, vận dụng những kiến thức của bản thân, những ý kiến đóng góp của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Th.S Vũ Duy Hưng đã giúp chúng em hoàn thiện đồ án môn học này. Tuy đã có nhiều cố gắng, song kiến thức rộng và thực tế còn hạn chế nên khó tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô giáo để đồ án nhóm em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày: 20/01/2016 Nhóm Sinh viên thực hiện: Nhóm 2 Xuất phát từ những yêu cầu thực tế, bản đồ án này sẽ nghiên cứu “Nghiên cứu thiết kế, lắp đặt mạch điều khiển truyền động chính máy doa ngang 2620 ”. 3 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A 1. Chức năng, công dụng của máy doa Máy doa ngang 2620A nằm trong nhóm máy cắt gọt kim loại thứ ba. Đây là loại máy có vai trò quan trọng trong nền công nghiệp. Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau: - Nguyên công doa: Thường doa các lỗ hình côn, hình trụ, các mặt phẳng vuông góc với nhau có độ định tâm cao. - Nguyên công tiện: Khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong, cắt mặt đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục chính. - Nguyên công khoan: Khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất. - Nguyên công phay: Phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong, phay mặt ngoài. 4 2. Phân loại máy doa Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ chuyên môn hoá khác nhau. Ta có thể phân loại máy doa theo các cách sau: - Phân loại theo chức năng, công dụng: + Máy khoan, khoét + Máy doa - Phân loại theo chuyển động: + Doa đứng: Dao quay theo phương thẳng đứng + Doa ngang: Dao quay theo phương nằm ngang - Phân loại theo mức độ trang bị điện: + Loại đơn giản: Thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ về điện. + Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở. + Loại phức tạp: Dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo có thể điều khiển theo chương trình. Đây là loại máy doa gia công có độ chính xác rất cao. - Phân loại theo trọng lượng của máy ta có: + Loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn + Loại trung bình: Trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn + Loại lớn: Trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn. 3. Kết cấu của máy doa 2620A Thân máy: Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ Ụ chính: Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy. Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển được thực hiện nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao. Ụ trục phụ: Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao. Bàn máy: Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải. 4. Đặc điểm công nghệ Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc trục thẳng góc với nhau. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng của máy được mô tả như sau: 5 Hình 1-1: Hình dạng bên ngoài của máy doa Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bệ máy. Ụ trục chính có thể chuyển động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển động theo phương ngang. Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính). Chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. Chuyển động phụ là chuyển động thẳng đứng của ụ dao vv… 5. Yêu cầu đối với truyền động điện máy doa 5.1. Truyền động chính Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh  = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một hay nhiều cấp tốc độ). Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. Nhờ vậy có thể giảm kết cấu, mặt khác có thể hạn chế được mômen ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng.  Cơ cấu Truyền động chính. Trong truyền động chính của máy doa, lực cắt là lực hữu ích lò phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v), vật liệu chi tiết và dao. Mô men trên trục chính của máy quay được xác định theo công thức: 𝑑 𝑀𝑧 = 𝐹. (𝑁𝑚) 𝑑2 Trong đó: 6 - Fz: lực cắt (N) - d: đường kính của chi tiết gia công hoặc phôi m Mô men hữu ích trên trục động cơ là: 𝑀 𝑑 𝑀ℎ𝑖 = = 𝐹. (𝑁𝑚) 𝐼 2𝑖 Với I Tỷ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy. Đối với truyền động chính là chuyền động tinh tiến, mômen hữu ích trên trục động cơ là: 𝑀ℎ𝑖 = 𝐹2 . . 𝑆 (𝑁𝑚) Trong đó  là bán kính quy đổi lực cắt về trục truyền động cơ được xác định bằng tỷ số giữa tốc độ bàn và tốc độ động cơ.  = V / 6 0.  (m) Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác định như sau: 𝑀 𝑀𝑐 = (𝑁𝑚)   hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ điện trục chính. 5.2. Truyền động ăn dao Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao D = 1500/1. Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph600mm/ph. Khi di chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph  3m/ph. Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ < 10%, hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động. Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao sử dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ một chiều hoặc hệ thống T – Đ.  Cơ cấu truyền động ăn dao: 𝐹𝑎𝑑 = 𝑘. 𝐹𝑥 + 𝐹𝑚𝑠 + 𝐹𝑑 (𝑁) Trong đó: k= 1,2  1.5 Hệ số dự trữ Fx: thành phần lực cắt theo phương di chuyển của bàn dao Fms: Lực ma sát của bàn ở hướng gờ trượt. Fd: Lực dính (đối với máy dao thì lấy trong phạm vi điều chỉnh tốc độ Fad=30~150) Khi khởi động lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng của bộ phận di chuyển và lực dính. Khi cơ cấu ăn dao làm việc lực ăn dao được tính: 𝑀𝑡𝑣 = 0,5. 𝐹𝑎𝑑 . 𝑑𝑡𝑣 . 𝑡𝑔( + ) (𝑁𝑚) Trong đó: - 𝑑𝑡𝑣 : Đường kính trung bình của trục vít vô tận(mm): 7 -  góc lệch của đường ren trục ……(độ) -  góc ma sát của đường ren vít (độ) Góc lệch đường ren trục vít xác định bởi đường kính trục vít 𝑑𝑡𝑣 và bước ren của đường ren trục vít:  arc tag t / d Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác dịnh bởi công thức: 𝑀0 𝑀= 𝑖µ Trong đó: 𝑖µ là tỷ số truyền và hiệu suất của bộ truyền.  Tổn hao trong máy: Tổn hao trong máy phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố dạng và số lượng khâu động học, dạng ổ đỡ ( trượt hoặc lăn ) dạng và nhiệt độ dầu bôi trơn sự thay đổi phụ tải, tốc độ của máy…. Hiệu suất định mức của các cơ cấu là tích của tất cả các hiệu suất định mức của các khâu. Hệ suất của cơ cấu được xác định theo biểu thức: 𝑀ℎ𝑖 ɳ= 𝑀ℎ𝑖 + 𝑀𝑚𝑠 Trong trường hợp riêng khi Mhi = Mhi đm, Kt = 1 tương ướng sẽ có  = đm. Đối với cơ cấu truyền động chính máy doa tỷ số a/b = x = const phụ thuộc cấu trúc của máy, khối lượng phần quay và độ phức tạp của sơ đồ động học (x=1 đối với các máy cỡ nhẹ với sơ đồ động học đơn giản; x=2 đối với các máy cỡ nặng, sơ đồ động học phức tạp). Khi tính toán lấy giá trị trung bình x=1,5 ta sẽ có: 𝑎 = 0,6(𝑎đ𝑚 + 𝑏đ𝑚 ) 𝑏 = 0,4(𝑎đ𝑚 + 𝑏đ𝑚 ) Các giá trị a,b được sử dụng trong tính toán thực tế. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng thì hệ số tổn hao a không phụ thuộc vào tốc độ và có thể coi a phụ thuộc vào tuyến tính tốc độ. Với a là hệ số tổn hao không đối xứng với tốc độ định mức. 5.3. Thông số kỹ thuật Máy doa ngang 2620A là loại máy doa vạn năng dùng để gia công lỗ đã khoan hoặc khoét mà kích thước giữa các tâm lỗ yêu cầu độ chính xác tuyệt đối cao từ cấp 9 đến cấp 7 và ra = 6,3 ÷ 1,25μm. Với dao doa có chất lượng tốt, chọn chế độ cắt và để lượng dư phù hợp, doa có thể đạt độ chính xác cấp 6. Doa đạt độ cứng vững cao, lưỡi cắt thường bố trí không đối xứng nên khắc phục được độ rung động. Ngoài ra còn thực hiện một số nguyên công phụ khác như: khoan, phay bằng dao phay mặt đầu, gia công ren.... Máy doa 2620A là máy có kích thước cỡ trung bình: Đường kính trục chính: 90 (mm) 8 Công suất truyền động chính: 10(kw) Tốc độ quay trục chính điều chỉnh trong phạm vi: (12,5  1600) vg/ph Công suất động cơ ăn dao: 2,1(kw) Tốc độ ăn dao có thể điều chỉnh được trong phạm vi: (2,1  1500)vg/ph và tốc độ lớn nhất có thể đạt tới 3000vg/ph. 6. Các chế độ vận hành của máy Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phương pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định tọa độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang học. Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng được bố trí trên hai ụ máy. 7. Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620A Trong máy doa ngang 2620A truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. Truyền động dùng động cơ một chiều kích từ độc lập có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như: 7.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620A có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số: n 1500 D  max  nmin 1 7.2. Độ trơn khi điều chỉnh Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như doa lỗ có đường kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn. Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ cấp 6 ÷ 9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vô cấp. n   i 1  1 ni 7.3. Độ ổn định tốc độ khi làm việc Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền động chính thay đổi. Khi phụ tải biến đổi từ 0  Mmax thì yêu cầu độ n 0i  n dmi  (3  5)% sụt tốc độ là: n  n 0i 7.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ Truyền động ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản MC do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất. 9 Nếu yêu cầu mô men M = const thì Mmax này được xác định bởi lực ăn dao, bao gồm: lực kéo Fx, tổn hao ma sát trên gờ trượt của máy. Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi chiều sâu cắt do Fx không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính, vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát trên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và được biểu diễn như hình vẽ sau: Hình 2.Mối quan hệ giửa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ. Ở vùng tốc độ gia công ta có: M=const ; P tỉ lệ với U Ở vùng chạy dao nhanh: M P/n ; P=const 7.5. Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động. Trong đó: - Quá tải tĩnh: Là do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải. - Quá tải động: Là các quá trình khởi động, hãm, đảo chiều. Để rút ngắn thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này. Các biện pháp hạn chế phụ tải: + Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao. 10 + Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. 7.6. Yêu cầu hãm dừng chính xác Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất quan trọng. Bởi vì khi dừng chính xác thì đảm bảo được chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và người vận hành. Các biện pháp nâng cao chất lượng quá trình hãm (giảm thời gian hãm) - Sử dụng những thiết bị khống chế. - Tăng gia tốc của hệ thống. - Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính. - Tăng lực cản bằng cơ khí. - Hãm bằng điện, sử dụng một trong ba phương pháp: + Hãm ngược + Hãm động năng + Hãm tái sinh - Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ. 7.7. Yêu cầu về đảo chiều Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620A là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng. 7.8. Yêu cầu về kinh tế Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho vận hành và sửa chữa. Vốn đầu tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý. Giá thành hệ thống thấp, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật. 11 8. Sơ đồ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ thống máy điện khuếch đại – động cơ một chiều Hệ thống truyền động ăn dao thực hiện theo hệ MĐKĐ có bộ khuếch đại điện tử trung gian, thực hiện theo hệ kín phản hồi âm tốc độ. Tốc độ ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi (2,2 ÷ 1760)mm/ph. Di chuyển nhanh đầu dao với tốc độ 3780mm/ph chỉ bằng phương pháp điện khí. Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống truyền động ăn dao máy doa 2620 12 Tốc độ ăn dao được thay đổi bằng cách chuyển đổi sức điện động của khuếch đại máy điện khi từ thông động cơ là định mức, còn di chuyển nhanh đầu dao được thực hiện bằng cách giảm nhỏ từ thông động cơ khi sức điện động của MĐKĐ là định mức. Kích từ của MĐKĐ là hai cuộn 1CK và 2CK được cung cấp từ bộ khuếch đại điện tử hai tầng. Tầng 1 là khuếch đại điện áp (đèn kép 1ĐT) và tầng hai là tầng khuếch đại công suất (đèn 2ĐT và 3ĐT). Tín hiệu đặt vào tầng 1 là: Uv1= Ucđ – γ.ω – Um2 Trong đó: Ucđ - điện áp chủ đạo lấy trên biến trở 1BT; γω - điện áp phản hồi âm tốc độ động cơ, lấy trên FT Um2- điện áp phản hồi mềm, tỷ lệ với gia tốc và đạo hàm gia tốc, lấy ở đầu ra của cuộn thứ cấp 2BO-2 và 2BO-3 của biến áp 2BO, cuộn sơ cấp của 2BO (2BO-1) nối tiếp với mạch R, C. Do đó, dòng điện sơ cấp của biến áp vi phân 2B0-1 gồm hai thành phần tỷ lệ với tốc độ và tỷ lệ với gia tốc của động cơ. Như vậy điện áp thứ cấp biến áp 2BO sẽ tỉ lệ với gia tốc và đạo hàm của gia tốc động cơ. Điện áp đặt vào tầng khuếch đại 2 là Uv2 được xác định bằng biểu thức: Uv2 = Ur1 – Um1 Trong đó: Ur1- điện áp đầu ra tầng 1, là điện áp rơi trên điện trở R8, R9. Um1- điện áp phản hồi mềm tỷ lệ với đạo hàm dòng điện mạch ngang, được lấy trên hai cuộn thứ cấp 1BO-2 và 1BO-3; cuộn sơ cấp 1BO-1 mắc nối tiếp trong mạch ngang của MĐKĐ. - Nguyên lý làm việc: Khi điện áp chủ đạo bằng không, do sơ đồ bộ khuếch đại nối theo sơ đồ cân bằng nên dòng điện anôt hai nửa đèn 1ĐT là như nhau (I aP = IaT), điện áp rơi trên R8 và R9 bằng nhau, như vậy điện áp ra tầng 1 bằng không. Ur1 = (IaP - IaT).R8 = 0 và tương tự dòng điện anôt hai đèn 2ĐT và 3ĐT bằng nhau (Ia2 = Ia3), hai cuộn dây 1CK và 2CK có điện trở và số vòng như nhau, sức từ động của chúng tác dụng ngược chiều nhau nên sức từ động tổng của KĐMĐ bằng không. F∑ = F1CK – F2CK = (Ia2 – Ia3).W = 0 Khi RT = 1, → Ucđ > 0, do sự phân cực của điện áp chủ đạo nên nửa đèn phải thông yếu hơn nửa đèn bên trái của 1ĐT, điện áp trên R 8 lớn hơn điện áp trên R9, điện áp ra của tầng 1 có cực tính làm cho đèn 3ĐT thông mạnh hơn 2ĐT tức là Ia3 > Ia2 hay I2CK > I1CK và sức từ động F∑ có dấu tương ứng với chiều quay thuận của động cơ. Tốc độ động cơ lớn hay bé tuỳ thuộc vào điện áp chủ đạo. - Khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt: Lợi dụng tính chất của MĐKĐ là khi có dòng điện phần ứng, điện áp ra của nó sẽ giảm do tác dụng của phản ứng phần ứng. Mạch phản hồi âm dòng điện có ngắt gồm có cuộn bù, cầu chỉnh lưu 1V và biến trở 2BT. Khi dòng điện phần ứng còn nhỏ và nhỏ hơn dòng điện ngắt (Iư< Ing), sụt áp trên cuộn bù nhỏ 13 hơn điện áp trên biến trở 2BT(U0); cầu chỉnh lưu 1V không thông, và dòng điện cuộn bù hoàn toàn tương ứng với dòng điện phần ứng, MĐKĐ được bù đủ. Với giả thiết Ib = Iư thì sức từ động của cuộn bù sẽ là: Fb = Ib.Wb = Iư.Wb Khi Iư > Ing thì ta có Ub > U0; các van 1V thông, xuất hiện dòng điện phân mạch I1V và dòng điện cuộn bù sẽ giảm đi một lượng: Ib = Iư – I1V Mức độ bù giảm đi và kết quả điện áp ra của MĐKĐ giảm nhanh khi dòng điện phần ứng tăng làm cho dòng điện phần ứng được hạn chế. Trong trường hợp này, sức từ động của MĐKĐ là: F∑ = F12 + Fb - Fd = F12 + (Iư – I1V).Wb – Iư.Wb = F12 – I1V.Wb Trong đó: F12 – stđ của hai cuộn 1CK và 2CK Fb = Ib.Wb - sức từ động của cuộn bù Fd = Iư.Wb - sức từ động dọc trục được bù đủ khi Iư < Ing. Từ công thức F∑ ta thấy: khi Iư > Ing thì sức từ động của MĐKĐ bị giảm đi một lượng (Ilv.Wb). Như vậy có thể coi sức từ động tổng của MĐKĐ được sinh ra bởi hai cuộn 1CK - 2CK là F12 và cuộn bù Wb với sức từ động (I1V.Wb) ngược chiều sức từ động F12. 14 PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN – MẠCH ĐỘNG LỰC I. Giới thiệu linh kiện Trong mạch có sử dụng một số linh kiện như: Công tắc tơ, aptomat 3 pha, Rơle nhiệt, Rơle trung gian, Rơle thời gian,…. Mạch động lực thiết kế theo yêu cầu sử dụng một động cơ truyền động chính là động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc hai cấp tốc độ: 1460 vòng/phút khi dây quấn Stato đấu () và 2890 vòng/phút khi dây quấn Stato đấu . 1.1 Công tắc tơ. Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động. Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ, thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn cả. Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông F và sinh ra lực hút điện từ Fđt. Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh. Các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ được đóng lại mạch điện thông.  Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loại sau: + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ. + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực. + Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén. + Công tắc tơ không tiếp điểm.  Theo dạng dòng điện trong mạch: + Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều. + Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều. 15 1.2 Aptomat ba pha Aptomat là khí cụ điện được sử dụng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, thấp áp,. .. cho thiết bị điện.  Cấu tạo của aptomat có các bộ phận chính sau: - Tiếp điểm Aptomat thường có 2 đến 3 loại tiếp điểm, tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và hồ quang. Với các aptomat nhỏ thì không có tiếp điểm phụ. Tiếp điểm thường được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt nhưng chịu được nhiệt độ do hồ quang sinh ra, thường làm hợp kim Ag-W,Cu-W hoặc. Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính. Tiếp điểm phụ được sử dụng để tránh hồ quang cháy lan sang làm hỏng tiếp điểm chính. - Hộp dập hồ quang Thường sử dụng những tấm thép chia hộp thành nhiều ngăn cắt hồ quang thành nhiều đoạn ngắn để dập tắt.  Các móc bảo vệ - Móc bảo vệ dòng cực đại Để bảo vệ thiết bị điện khỏi 3 bị quá tải, đặc tính A-s của móc bảo vệ phải nằm dưới đặc tính A-scủa thiết bị cần bảo vệ. Cuộn hút điện từ được mắc nối tiếp với thiết bị. Khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép thì tấm thép động 2 bị hút, cần chủ động được kéo lên, lò xo 6 kéo cần bị động ra, tiếp điểm mở ra ngắt 16 mạch điện qua thiết bị. - Móc bảo vệ kiểu rơ-le nhiệt Kết cấu này rất đơn giản như rơ-le nhiệt bao gồm phần tử nung nóng mắc nối tiếp với mạch chính, tấm kim loại (bi-metal) giản nở nhả móc ngắt tiếp điểm khi dòng điện qua thiết bị thiết bị lớn. Nhược điểm của loại này là quán tính nhiệt lớn. - Móc bảo vệ thấp áp Cuộn hút mắc song song với mạch điện chính, khi điện áp thấp, lực hút của cuộn hút giảm yếu hơn lực lò xo 3, móc 4 bị kéo lên, lò xo 6 kéo tiếp điểm aptomat ra.  Các thông số kỹ thuật cơ bản: - Điện áp định mức: là giá trị điện áp làm việc dài hạn của thiết bị điện được aptomat đóng ngắt. - Dòng điện định mức: là dòng điện làm việc lâu dài của aptomat, thường dòng định mức của aptomat bằng 1.2-1.5 lần dòng định mức của thiết bị được bảo vệ. - Dòng điện tác động Itd: là dòng aptomat tác động, tuỳ thuộc loại phụ tải mà tính chọn tác động khác nhau. Với động cơ điện không đồng bộ pha rotor lồng sóc thì thường Itd=1.2-1.5 It, với It làaptomat bảo vệ được thiết bị thì đặc tính A-s của aptomat phải thấp hơn đặc tính A-s của thiết bị. 1.3 Rơle nhiệt  Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại.  Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt: - Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dung nvar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. - Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực 17 đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn. 1.4 Rơle trung gian. Rơle trung gian làm chức năng thực hiện các theo tác trung gian, hoặc đi đóng cắt cuộn dây khống chế của công tắc tơ, aptômat hoặc máy cắt điện. Vì thế, rơle trung gian thường có nhiều tiếp điểm, kể cả tiếp điểm thường mở và thường đóng. Thực chất của rơle trung gian chỉ là một nam châm điện có gắn hệ thống tiếp điểm (hình). Nam châm điện gồm cuộn dây 1, lõi thép tĩnh 2 và lõi thép động 3. Lõi thép động được định vị nhờ vít điều chỉnh 4 và được găng bởi lò xo 12. Độ găng của lò xo điều chỉnh được nhờ vít điều chỉnh 5. Cuộn dây 1 có thể là cuộn điện áp, cuộn cường độ, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm thuận 6 – 7 và tiếp điểm nghịch 10 – 11. Khi cuộn dây có điện, nó hút lõi thép 3 xuống, các đầu tiếp xúc động 7 và 10 được nâng lên, do đó tiếp điểm thuận 6-7 đóng lại, tiếp điểm nghịch 10-11 mỏ ra. Các vít 4 và ốc 5 để điều chỉnh điện áp (hay dòng điện) hút và nhả của nam châm điện. 18 Loại rơle này thuộc loại tác động ngay, tức có điện thì nó đóng, mắt điện nó nhả ngay. Người ta còn chế tạo loại rơle trung gian nhả chậm (hình 2.12). Điểm khác nhau giữa rơle thường và rơle nhả chậm, là trên mạch từ của rơle nhã chậm có lắp một ống ngắn mạch 3 thường làm bằng đồng. Khi cuộn dây 1 có điện, nó tạo ra từ thông trong mạch làm lá thép động bị hút xuống lá thép tĩnh, đóng tiếp điểm 8. Khi cuộn dây mất điện, từ thông ộb trong mạch giảm, nên trong ống ngắn 3 sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng để tạo ra từ thông bù lại sự giảm của từ thông ộb, theo định luật Lenxơ. Nhờ vậy, từ thông trong mạch giảm chậm và lá thép động không bị nhả ngay, giữ cho tiếp điểm 8 tiếp tục đóng một thời gian sau khi cắt điện vào cuộn hút. Tiếp điểm 8 gọi là tiếp điểm thường mở, mở có thời gian. Ngược lại, nếu rơle nhả chậm có lắp ráp tiếp điểm nghịch, thì nó sẽ là tiếp điểm thường đóng, đóng có thời gian. Ốc 5 để điều chỉnh độ găng của lò xo 4, và do đó, làm thay đổi điện áp cũng như thời gian nhả chậm. Lá đồng mỏng 7 để thay đổi khe hở giữa lá thép 6 và lõi thép tĩnh, sẽ làm thay đổi điện áp nhả cũng như thời gian nhả chậm. Thời gian nhả chậm của rơle có thể đạt tới 5 giây. 1.5 Rơle thời gian - Dùng để duy trì thời gian đóng chậm hoặc mở chậm của hệ thống tiếp điểm so với thời điểm đưa tín hiệu tác động vào rơle. Thời gian chậm này có thể vài phần giây cho đến hàng giờ. - Có rất nhiều loại rơle thời gian với nguyên lí, cấu tạo rất khác khác nhau như: + Rơle thời gian kiểu điện từ + Rơle thời gian kiểu thủy lực. + Rơle thời gian kiểu đồng hồ. + Rơle thời gian kiểu điện tử - bán dẫn. - Nguyên lí: 19 + Trong quá trình đóng hay ngắt cuộn dây rơle thì ở trong vòng ngắn mạch (chính là ống lót bằng đồng 1) sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, dòng điện do nó sinh ra sẽ tạo ra một từ thông chống lại sự biến thiên từ thông do cuộn 7 dây sinh ra. Do đó nó làm cho tốc độ thay đổi của từ thông chậm lại làm thời gian tác động của rơle chậm lại. + Thay đổi thời gian tác động bằng cách thay đổi độ căng lò xo 3, điều chỉnh vít 4 để điều chỉnh chiều rộng khe hở có miếng đệm 6 hoặc trị số dòng điện. 1.6 Công tắc hành trình. Công tắc hành trình là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch dùng ở lưới điện hạ áp. Nó có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho quá trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện. Ký hiệu: bộ phận tiếp điểm của công tắc hành trình bao giờ cũng có 1 tiếp điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng, trong đó tiếp điểm động là chung. Trong các sơ đồ điện thì tiếp điểm của công tắc hành trình được ký hiệu: Cấu tạo công tắc hành trình Dùng để đóng ngắt mạch điện điều khiển trong truyền động 20