Tài liệu thiết kế mạch điều khiển, mạch lực cho máy bào giường

Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Ý KIẾN NHẬ́N ÉT ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ……………………………………………………….... GVHD_Nguyễn Đăng hanng 1 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................4 CHƯƠNG 1..........................................................................................................5 TỔNG QUUNN KH́I QUÚT CHUNG Ề CÔNG NGH .̣́ .............................5 I.TÌM HIỂU CÔNG NGH .̣́ ..............................................................................5 1.1Giơi tiêụ́ công ng tê.......................................................................................5 ̣́ 1.2 Cấu ạ ccủ má............................................................................................6 1.3 Cmc ruáền đô ̣́ng ccủ ban.............................................................................7 1.4Ptân ict đđ tth ccủ ôc đô ̣́ má bạ g iiơng ................................................8 1.5 Cmc áêu cầu đôi vơi tệ tông ruáền động má bạ g iiơng ...................11 1.5.1. Truáền động ctint..................................................................................11 1.5.2. Truáền động ăn dụ̉................................................................................12 1.5.3 Đặc int cơ.................................................Erṛr! Ḅ̣k ủrk ṇ defined. 1.6. Ptân ict va lựủ ctọn ptiơng mn ruáền động ........................................13 1.6.1. Ktạ̉ sm cmc ptiơng mn ruáền động ....................................................13 1.6.2. Hệ điều ctỉnt công suấ riợ động cơ..................................................14 1.6.3. Hệ điều ctỉnt ần sô động cơ KĐB........................................................17 1.6.4. Ctọn ptiơng ptmp điều ktiển...............................................................18 GVHD_Nguyễn Đăng hanng 2 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MACH ĐÌU KHIỂN, MACH LƯC..........................................20 2.1 :Yêu cầu bài toán...........................................................................................22 2.2 Lựủ ctọn kế nôi vạ/rủ..............................................................................22 2.3 Mact điều ktiển..........................................................................................23 2.4 Mact động lực............................................................................................23 2.5 Lập rìnt cṭ PLC......................................................................................24 2.6 Mô ptỏng ......................................................................................................26 2.7 Đmnt g im ktả năng ứng dụng .....................................................................26 CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ.................................................................................. 27 3.1. Tint ctọn tiế bth ṛng act động lực...................................................27 3.1.1 Chọn động cơ truyền động.........................................................................31 3.2 Tint ctọn cmc tiế bth act điều ktiển.....................................................32 3.2.1 Tính chọn cầu chì.......................................................................................32 3.2.2 Tính chọn cầu dao......................................................................................33 3.2.3 Công tắc tơ.................................................................................................34 3.2.4 Chọn aptomat.............................................................................................35 3.2.5 Chọn rơ le ..................................................................................................36 3.2.6 Chọn biến dòng..........................................................................................36 3.2.7 Chọn nút ấn................................................................................................36 3.2.8 Chọn tiết diện dây dẫn................................................................................37 CHƯƠNG 4 KẾT QUỦ, KẾT LUẬ́N....................................................................................37 GVHD_Nguyễn Đăng hanng 3 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 GVHD_Nguyễn Đăng hanng 4 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước. Để thực hiện được mục tiêu đó Đảng và nhà nước ta đang tiến hành sự nghiệp “Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” trên phạm vi cả nước. Công cuộc “Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” thực chất đó là một cuộc cách mạng khoa họa và kỹ thuật nhằm từng bước cải thiện trang thiết bị Điện và điều kiện làm việc cho người lao động. Từng bước thay thế lao động thủ công bằng những dây chuyền máy móc hiện đại, nhằm mục đích cưới cùng là tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao cho xã hội. Để nâng cao năng suất lao động yêu cầu tự động hóa các hệ thống công nghiệp ngày càng trở nên cần thiết. Lĩnh vực tự động hóa thừa hưởng những thành tựu của Điều khiển học, Tin học, công nghệ vật liệu mới… đã phát triển rất nhanh trong thời gian qua tạo ra những công nghệ, dây chuyền sản xuất tự động với năng suất cao, chất lượng tốt. Máy bào giường là một trong những dây chuyền sản xuất như vậy, năng suất của dây chuyền phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển. Qua một thời gian học tập tại trường cùng với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ của các bạn và sự chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô em đã hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ng uáễn Đăng Ktủng người trực tiếp hướng dẫn đồ án của nhóm em, em cũng xin cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện những người đã giảng dạy trên lớp và đưa ra những chỉ bảo quý báu để giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên kinh nghiệm thực tế, khả năng bản thân còn nhiều hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thiết kế. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý các thầy, cô giáo để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 23 taáng 4 năm 2016 Sina viên taực aiêṇ Êũ Êăn Dũng -Ng uáễn Tuấn Diơng GVHD_Nguyễn Đăng hanng 5 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 CHƯƠNG 1 TỔNG QUUNN KH́I QUÚT CHUNG Ề CÔNG NGH ̣́ I. TÌM HIỂU CÔNG NGH ̣́ 1.1 Giới thiêụ công g hê ̣ Máy bào giường được sử dụng rộng rãi trong các máy cơ khí, nó dùng để gia công các chi tiết bằng kim loại lớn như : bệ máy, thân máy, máy bào, máy tiện... Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao, đặc tính chuyển động ..., các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay, bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia công răng, ren, vít ... Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là những giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy: Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5 đến 12m. Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành ba loại : - Máy cỡ nhỏ : chiều dài bàn Lb<3m , lực kéo Fk=3050 Kn, - Máy cỡ trung bình : chiều dài Lb=45m , Fk=5070 kN, - Máy cỡ nặng : chiều dài Lb >5m , Fk >70k 1.2 Cấu tạo của máy GVHD_Nguyễn Đăng hanng 6 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi Hìnt 1. 1. Hìnt dmng bên ng ̣ai ccủ Cmc bộ ptan ctc áếu ccủ *Đế má ( tân má g đ 2016 má bạ g iiơng có : má) Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ máy để có khối thế tạo vững chắc cho máy. Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động dọc theo đế máy. *Ban má Được làm bằng gang đúc dùng 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 đế máy nhờ lực kéo của động cơ truyền động. *Gim ctữ U Được cấu tạo từ hai trụ thép vững chắc và có một dầm ngang trên cùng. Trong dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ rãnh, có trục vít nâng hạ và dao động để di chuyển xà *Ea ng ủng Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công *Cmc ban dụ̉ má GVHD_Nguyễn Đăng hanng 7 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 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 lớn nhất của các con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là 600. *Bộ ptận ruáền động Gồm các máy điện xoay chiều, một chiều chuyển động quay và qua các hộp truyền động truyền chuyển động cho các bộ phận của máy Tóm lại: Máy bào giường được cấu tạo hoàn chỉnh sẽ có kết cấu chắc chắn, gọn, đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ. 1.3 ĆC TRUỲN ĐỘNG CỦN ḾY BÀO GIƯỜNG 1. Truáền động ctint ccủ ban má Truyền động của bàn là truyền động chính của máy, là truyền động cơ bản của máy, đặc điểm của truyền động này là có tính chu kỳ lặp lại mỗi chu kỳ có hai hành trình + Hành trình thuận : là hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai đoạn, khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết gia công ứng với các tốc độ khác nhau + Hành trình ngược : là quá trình máy chạy không tải để đưa bàn máy khỏi chi tiết về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho một chu kì mới. Tốc độ hành trình thuận thường nhỏ hơn tốc độ hành trình ngược để nâng cao năng suất của máy. Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng. Bàn dao đươch kẹp chặt trên xà ngang cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu ,không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của GVHD_Nguyễn Đăng hanng 8 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải. 1.4 Phâg tich đô thh của ttc ôn ̣ máy bo iiưg Đồ thị tốc đô ̣: Hìnt 1. 2. Đđ tth ôc độ ccủ ban má Phân tích: + Giai đoạn 1 : giả thiết bàn máy đang ở điểm khởi đầu của chu kỳ, bàn máy tăng tốc độ đến tốc độ vào dao V1 trong khoảng thời gian t1, + Giai đoạn 2 : tăng tốc từ V1 đến tốc độ cắt gọt V2 trong khoảng thời gian t2. + Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3. + Giai đoạn 4 : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận V1 đảo chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V3 trong khoảng thời gian t4. + Giai đoạn 5 : giảm tốc độ ngược từ V3 về V1 trong khoảng thời gian t5. + Giai đoạn 6 : giảm tốc từ V1 về 0, trở lại vị trí ban đầu,kết thúc một hành trình làm việc. GVHD_Nguyễn Đăng hanng 9 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Qua việc phân chia các giai đoạn hoạt động ta có thể mô tả công nghệ của máy bào giường như sau : Sau khi ấn nút khởi động, máy bào giường sẽ chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn này kéo dài từ A tới B. Kết thúc giai đoạn này cần phải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình thuận với tốc độ cắt gọt V2>V1, giai đoạn này kéo dài từ B tới C. Đến C sau khi đã cắt gọt chi tiết xong bàn máy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuẩn bị cho quá trình đảo chiều, giai đoạn này kéo dài từ C tới D. Trong quá trình đảo chiều để tăng năng suất, ta điều khiển cho bàn máy chạy với tốc độ V3 >V2 >V1 . Bàn máy chuyển động ngược cho tới khi gặp A thì bắt đầu giảm tốc từ V3 xuống V1, tiếp đó tốc độ giảm về 0 và bắt đầu một chu kì làm việc mới. Khi có tín hiệu dừng máy, bàn máy sẽ dừng ở đầu hành trình thuận hoặc đầu hành trình ngược. Qua mô tả công nghệ như trên ta có thể thực hiện các yêu cầu công nghệ như trên theo nguyên tắc hành trình. Ta đặt tại A,B,C,D, các cảm biến vị trí (thực chất là công tắc tơ hành trình). Các tín hiệu cảm biến nhận từ các công tắc tơ được sử dụng để điều khiển cho phù hợp với công nghệ yêu cầu. Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình 1. Trong thực tế còn có nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn. Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V 0 =5 15 m/ph ( tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t1. Sau khi chạy ổn định với tốc độ V 0 trong khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V 0 cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến V th (tốc độ cắt gọt ). Trong thời gian t 5 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V0, dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V0. Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ V ng> Vth thực hiện hành trình không tải, đưa bàn máy về vị trí ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ). Gần hết hành trình ngược bàn máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời GVHD_Nguyễn Đăng hanng 10 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. trong đó : L=Lth+Lg.ht +Lh.th = Lng+Lg.ng +Lh.ng- chiều dài hành trình của bàn máy k Vng Vta - tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược tđc - thời gian đảo chiều của máy Từ (1- 4) ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt V th thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều tđc. Khi tăng K thì năng suất của máy tăng nhưng khi k >3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng. Nếu chiều dài bàn L>3m thì t đc ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k .Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn V th=(75120)m/ph thì tđc ảnh huởng nhiều đến năng suất. Vì vậy khi thiết kế máy bào giường phải làm giảm thời gian quá trình quá độ. Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất. Ta có tỷ số truyền tối ưu: it.ư= Mc Mc Jm  ( )2  M M Jd Trong đó: M : Momen của động cơ lúc khởi động,Nm Mc :Momen cản trên trục làm việc,Nm Jm , Jd :Momen quán tính của máy và động cơ,kgm Nếu coi Mc= 0 thì: itu= Jm Jd Việc lựa chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng . Thời gian quá trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy. Mômen quán tính của máy tỷ lệ với chiều dài của máy. GVHD_Nguyễn Đăng hanng 11 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được vì bị hạn chế bởi: -Lực động phát sinh trong hệ thống -Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao. 1.5 Cmc áêu cầu đôi vơi tệ tông ruáền động má bạ g iiơng 1.5.1. Truáền động ctint - Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và thấp nhất của bàn máy. D = Vmax Vngmax  Vmin Vthmin Trong đó : Vngmax - tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngược Vthmin - tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận Chọn Vthmin = 5m/ph Ta có: D= Vngmax Vthmin  70 14 : 1 5 - Độ trơn điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ    i 1 i trong đó i , i 1 là tốc độ cấp thứ i và i+1 được xác định bằng công thức :  z 1  max z  1  D  min trong đó z là số cấp tốc độ của máy đối với yêu cầu của đề thì ta có  1.41 - Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . - Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần độ bóng, nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao chọn  % < 5% Thường  % = 2%. GVHD_Nguyễn Đăng hanng 12 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 - Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia công chi tiết, tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết hoặc dao cắt. - Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm trong bộ truyền với tác động cực đại. 1.5.2. Truáền động ăn dụ̉ Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì, trong mỗi hành trình kép làm việc một lần. Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100  200)/1. Lượng ăn dao cực đại có thể đạt tới (80  100) 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 cả ở chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí, thuỷ lực, khí nén...Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng. 1.5.3 Đặc tigh cơ 1.6. Ptân ict va lựủ ctọn ptiơng mn ruáền động Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn GVHD_Nguyễn Đăng hanng 13 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động. Do đề bài yêu cầu sử dụng động cơ KĐB nên em chỉ phân tích các đặc tính kinh tế kỹ thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha. 1.6.1. Ktạ̉ sm cmc ptiơng mn ruáền động ủ. Hệ điều ctỉnt điện mp động cơ + N uyêg lý: Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stato 2 động cơ như sau: M 3.U f 1 .R 2 ' 2   R2' 1   R 1    X n.m 2  .s s     (2-4) Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào stato. Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC). Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phương GVHD_Nguyễn Đăng hanng 14 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh. 1.6.2. Hệ điều ctỉnt công suấ riợ động cơ + Ng uáên lý điều ctỉnt: Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng: Ps  M c .( 1   )  M c . 1 .s  Pdt .s (2-6) => s  Ps Pdt Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ P đt cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt. Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp: GVHD_Nguyễn Đăng hanng 15 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc.Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90 o đến khoảng 140o, điều chỉnh góc điều khiển  trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển  của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô men tới hạn của đặc tính tự nhiên. truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh. Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau: GVHD_Nguyễn Đăng hanng 16 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Hìnt 1. 3. Sơ đđ ng uáên lý, ṭa động va cmc đặc int điều ctỉnt bằng ptiơng ptmp xung điện rở Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp một chiều: + Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên. + Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch. Rtd  R0 . td t  R0 . d   .R0 t d  t ng Tck (2-11) Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi được: R 1 R f  .R td . 0 2 2 (2-12) GVHD_Nguyễn Đăng hanng 17 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được  và từ đó thay đổi được Rf. Cho =0  1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2. 1.6.3. Hệ iều chỉgh tầg st ộg cơ KĐB + N uyêg lý iều chỉgh Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: 1  2f 1  điều đó có nghĩa p là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình vẽ sau: + Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f > f đm), thì mô men tới hạn lại giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: M th  1 f1 2 + Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f giảm  X=2fL cũng giảm  I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị GVHD_Nguyễn Đăng hanng 18 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định. 1.6.4. Ctọn ptiơng ptmp điều ktiển ủ. Luậ g iữ ừ tông ktông đổi Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động cơ (đồng thời cũng phải điều chỉnh biên độ điện áp Stato đặt vào động cơ) thông qua từ thông động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc cũng có thể dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại lượng khác như tần số f 1 , điện áp U1, dòng điện I1 và tần số trượt f2. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế thường sử dụng các phương pháp gián tiếp. Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phương pháp điều khiển tần số dòng điện. Bản chất của phương pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trượt f 2 và dòng điện stato I1 để giữ cho từ thông của máy điện không đổi. Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có được quan hệ giữa dòng stato và từ thông rôto: I s  rdm 1  (Tr .s ) 2 Lm trong đó: Tr = Lr/Rr. Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi ( r = r dm = const ), thì dòng điện stato phải được điều chỉnh theo độ trượt. + ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo cho dòng điện stato (I1), dòng điện roto (I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơ đều không phụ thuộc vào tần số  đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song song với nhau và không thay đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho r=r dm sẽ tận dụng được công suất mạch từ là tối đa. Hơn nữa, khi giữ biên độ từ thông roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông góc với nhau trong không gian GVHD_Nguyễn Đăng hanng 19 Đồ an chuyên môn Tư Đông Hoa Trương ĐHCN Ha N ôi 2016 và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng roto. Điều này giống như quan hệ giữa mômen và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích thích động lập khi từ thông kích từ là định mức. + Nhược điểm của phương pháp này là: Nếu giữ từ thông không đổi mà phụ tải động cơ giảm  tăng tổn hao trong động cơ. ở vùng tần số thấp, khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được với sụt áp trên điện cảm tản mạch stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm. b. Điều ktiển ừ tông kte tở ktông đổi tẹ luậ U/f Ở vùng tần số cao (xung quanh tần số định mức )mômen tới hạn có trị số gần như không phụ thuộc vào tần số,nếu tỉ số R s/fs nhỏ.Khi tần số giảm,từ thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dũng điện định mức không đổi ở mọi tần số,kết quả là mômen tới hạn của động cơ sẽ giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp. Ở trạng thỏi hóm, động cơ làm việc như một máy phát, chiều dũng điện stato ngược lại so với trạng thái động cơ. Do vậy,sđđ E s tăng lên, làm cho từ thông khe hở tăng so với trạng thái động cơ. Nếu coi mạch từ không bão hoà, mô men động cơ ở trạng thái hãm sẽ lớn, đặc biệt là ở vùng tần số trung bình. Từ thông chỉ được duy trỡ là hằng số khi sụt áp trênn dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua. Trong thực tế, điện trở stato không thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng điện định mức sẽ không đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số. Do vậy, sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỉ lệ lớn ở tần số nhỏ, sẽ ảnh hưởng lớn đến từ thông khe hở, do vậy U/f được tăng lên ở vùng tần số thấp để bù lại sụt áp trên điện trở stato. CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MACH ĐÌU KHIỂN, MACH LƯC GVHD_Nguyễn Đăng hanng 20