thiết kế hệ truyền động cho máy bào giường

§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho m¸y bµo giêng

Lª Ngäc Thµnh Vinh-T§H2-K43 1

Lêi nãi ®Çu.

Ngµy nay m¸y c¾t gät kim lo¹i ®Æc trng cho çc ngµnh c¬ khÝ chÕ t¹o m¸y, gia c«ng kim lo¹i...cã mét vai trß rÊt to lín trong lÜnh vùc s¶n xuÊt cña nÒn kinh tÕquèc d©n, c¬ khÝ ho¸ cã liªn quan chÆt chÏ ®Õn ®IÖn khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸. Díi t¸c ®éng cña khoa häc kü thuËt hiÖn ®¹i ®èi víi çc lo¹i m¸y mãc nãi chung, ®èi víi m¸y c¾t gät kim lo¹i nãi riªng ngµy cµng ®îc cho phÐp ®¬n gi¶n vÒ kÕt cÊu c¬ khÝ cña m¸y s¶n xuÊt vµ gi¶m nhÑ cêng ®é lao ®éng. M¸y c¾t gät kim lo¹i ®îc dïng ®Ó gia c«ng çc chi tiÕt kim lo¹i b»ng çch hít çc líp kim lo¹i thõa, ®Ó sau khi gia c«ng çc chi tiÕt cã h×nh d¸ng gÇn ®óng yªu cÇu (gia c«ng th«) hoÆc tho¶ m·n hoµn toµn yªu cÇu ®Æt hµng víi ®é chÝnh x¸c nhÊt ®Þnh vÒ kÝch thíc vµ ®é bãng cÇn thiÕt cña bÒ mÆt gia c«ng (gia c«ng tinh). Cã thÓ ph©n lo¹i m¸y c¾t kim läai nh sau:

-Tuú thuéc vµo qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®Æc trng bëi ph¬ng ph¸p gia c«ng d¹ng dao, ®Æc tÝnh chuyÓn ®éng v.v..., çc m¸y c¾t ®îc chia thµnh çc m¸y c¬ b¶n: tiÖn, phay, bµo, khoan - doa, mµi vµ çc nhãm m¸y kh¸c nh gia c«ng r¨ng, ren, vÝt v.v...

-Theo ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, cã thÓ chia thµnh çc m¸y v¹n n¨ng chuyªn dïng ®Æc biÖt. M¸y v¹n n¨ng lµ çc m¸y cã thÓ thùc hiÖn ®îc çc ph¬ng ph¸p gia c«ng kh¸c nhau nh tiÖn, khoan, gia c«ng r¨ng..., ®Ó gia c«ng çc chi tiÕt kh¸c nhau vÒ h×nh d¸ng, kÝch thíc. Çc m¸y chuyªn dïng lµ çc m¸y dïng ®Ó gia c«ng çc chi tiÕt cã cïng h×nh d¸ng nhng cã kÝch thíc kh¸c nhau. M¸y ®Æc biÖt lµ çc m¸y chØ dïng ®Ó thùc hiÖn gia c«ng çc chi tiÕt cã cïng h×nh d¸ng kÝch thíc.

-Theo kÝch thíc vµ träng lîng chi tiÕt gia c«ng trªn m¸y, cã thÓ chia m¸y c¾t kim lo¹i thµnh çc m¸y b×nh thêng ( träng lîng chi tiÕt 100 10.103 kg), çc m¸y cì lín ( träng lîng chi tiÕt 10.103 30.103 kg), çc m¸y cì nÆng (träng lîng chi tiÕt 30.103 100.103 kg) vµ çc m¸y rÊt nÆng (träng lîng chi tiÕt lín h¬n 100.103 kg).

-Theo ®é chÝnh x¸c gia c«ng, cã thÓ chia thµnh m¸y cã ®é chÝnh x¸c b×nh thêng, cao vµ rÊt cao.

ViÖc t¨ng n¨ng suÊt m¸y vµ gi¶m gi¸ thµnh thiÕt bÞ cña m¸y lµ hai yªu cÇu chñ yÕu ®èi víi hÖ thèng chuyÒn ®éng ®iÖn vµ tù ®éng ho¸ nhng chóng lu«n m©u thuÉn nhau. Mét bªn ®ßi hái sö dông çc hÖ thèng phøc t¹p, mét bªn l¹i yªu cÇu h¹n chÕ sè lîng thiÕt bÞ chung trªn m¸y vµ sè thiÕt bÞ cao cÊp. VËy viÖc lùa chän mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn vµ tù ®éng ho¸ cho thÝch hîp lµ mét bµi to¸n khã.

§ù¬c s ®ång ý cña hai thÇy gi¸o NguyÔn V¨n LiÔn vµ Bïi Quèc Kh¸nh, trong tµi liÖu thiÕt kÕ m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ nµy sÏ tr×nh bµy vÒ thiÕt kÕ



hÖ thèng truyÒn ®éng chÝnh cña m¸y bµo giêng 7210 cã çc sè liÖu ban ®Çu nh sau:

- Tèc ®é hµnh tr×nh thuËn ( tèc ®é c¾t ): vthuËn= 40 m/phót vnghÞch=75 m/phót

- Khèi lîng bµn m¸y vµ chi tiÕt gia c«ng : mb+mct = 900+800 =1700kg. - B¸n kÝnh qui ®æi lùc c¾t : = 0,028.

- HiÖu suÊt ®Þnh møc cña c¬ cÊu : = 0,8. - ChiÒu dµi hµnh tr×nh bµn : Lb= 2,8m

- Lùc c¾t Fz= 35kN . Do thêi gian thùc hiÖn ng¾n vµ h¹n chÕ vÒ mÆt kiÕn thøc nªn trong tµi liÖu

thiÕt kÕ nµy kh«ng thÓ kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. Em rÊt mong ®îc sù chØ dÉn cña çc thÇy c« gi¸o vµ nh÷ng ý kiÕn ®ãng gãp cña çc b¹n.

Sinh viªn

Lª Ngäc Thµnh Vinh.



Ch¬ng I : Yªu cÇu c«ng nghÖ.

M¸y bµo giêng lµ lo¹i m¸y c«ng cô dïng ®Ó gia c«ng bÒ mÆt chi tiÕt.ChiÒu

dµi bµn m¸y cã thÓ tõ 1,5m ®Õn 2m.Tuú thuéc vµo chiÒu dµi bµn m¸y vµ lùc kÐo cã thÓ chia m¸y bµo giêng lµm 3 lo¹i :

M¸y cì nhá: Lb< 3m , Fk = 30 50 KN M¸y cì trung b×nh : Lb = 4 5m , Fk = 50 70 KN M¸y cì lín : Lb > 5m , Fk > 70 KN

TruyÒn ®éng chÝnh cña m¸y bµo lµ truyÒn ®éng tÞnh tiÕn qua l¹i cña bµn m¸y.Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc bµn m¸y di chuyÓn qua l¹i theo chu kú.Mçi chu kú gåm hai hµnh tr×nh thuËn vµ ngîc. Hµnh tr×nh ngîc bµn m¸y ch¹y vÒ vÞ trÝ ban ®Çu kh«ng c¾t gät nªn gäi lµ hµnh tr×nh kh«ng t¶i. Cø sau khi kÕt thóc hµnh tr×nh ngîc th× bµn dao l¹i di chuyÓn theo chiÒu ngang mét kho¶ng gäi lµ lîng ¨n dao.TruyÒn ®éng phô lµ di chuyÓn nhanh cña xµ,bµn dao,n©ng ®Çu dao trong mét hµnh tr×nh kh«ng t¶i. §å thÞ tèc ®é tèi u cña m¸y bµo giêng

Ho¹t ®éng cña nã nh sau : Gi¶ thiÕt bµn m¸y ®ang ë ®Çu hµnh tr×nh thuËn vµ ®îc t¨ng tèc ®Õn tèc ®é

vo = 5 15 m/p ( tèc ®é vµo dao ) trong kho¶ng thêi gian t1. Sau khi ch¹y æn ®Þnh víi tèc ®é vo trong kho¶ng thêi gian t2 th× dao c¾t vµo chi tiÕt (dao c¾t vµo chi tiÕt



víi tèc ®é thÊp ®Ó tr¸nh lµm søt chi tiÕt ). Bµn m¸y tiÕp tôc ch¹y víi tèc ®é æn ®Þnh vo cho hÕt thêi gian t2 th× t¨ng tèc ®é ®Õn vth ( tèc ®é c¾t gät ). Trong th¬× gian t5 bµn m¸y chuyÓn ®éng víi tèc ®é vth vµ thùc hiÖn gia c«ng chi tiÕt. GÇn hÕt hµnh tr×nh thuËn, bµn m¸y s¬ bé gi¶m tèc ®é ®Õn vo. Sau ®ã bµn m¸y ®¶o chiÒu sang hµnh tr×nh ngîc ®Õn tèc ®é vng,thùc hiÖn hµnh tr×nh kh«ng t¶i, ®a bµn m¸y vÒ vÞ trÝ ban ®Çu. GÇn hÕt hµnh tr×nh ngîc bµn m¸y gi¶m tèc ®é s¬ bé ®Õn tèc ®é vo, ®¶o chiÒu sang hµnh tr×nh thuËn, thùc hiÖn mét chu kú kh¸c.

Bµn dao ®îc di chuyÓn b¾t ®Çu tõ thêi ®iÓm bµn m¸y ®¶o chiÒu tõ hµnh tr×nh ngîc sang hµnh tr×nh thuËn vµ kÕt thóc di chuyÓn tríc khi dao c¾t vµo chi tiÕt.

Tèc ®é hµnh tr×nh thuËn vth ®îc x¸c ®Þnh t¬ng øng bëi chÕ ®é c¾t vth=5 ( 75 120 )m/p.

§Ó t¨ng n¨ng suÊt cña m¸y,tèc ®é hµnh trïnh ngîc chän lín h¬n tèc ®é hµnh tr×nh thuËn : vng=k. vth=(2 3)vth

N¨ng suÊt cña m¸y phô thuéc vµo sè hµnh tr×nh kÐp trong mét ®¬n vÞ thêi gian : n=l /Tck=l /(tth+tng) ;Tck : thêi gian cña mét chu k× lµm viÖc cña bµn m¸y. tth,tng :Thêi gian bµn m¸y chuyÓn ®éng ë hµnh tr×nh thuËn vµ ngîc L :ChiÒu dµi hµnh tr×nh cña bµn m¸y.

n = tdcvngLktdcvngLvthL

/)1(

1

//

1

tdc :Thêi gian ®¶o chiÒu cña m¸y. k : TØ sè gi÷a tèc ®é hµnh tr×nh ngîc vµ thuËn.

Khi chän vth th× n¨ng suÊt phô thuéc vµo hÖ sè k vµ thêi gian ®¶o chiÒu tdc.Khi t¨ng th× n¨ng suÊt cña m¸y t¨ng nhng khi k>3 th× n¨ng suÊt t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ v× lóc ®ã thêi gian ®¶o chiÒu l¹i t¨ng.

NÕu chiÒu dµi bµn m¸y Lb>3m th× tdc Ýt ¶nh hëng ®Õn n¨ng suÊt mµ chñ yÕu lµ k . Khi Lb nhá vth lín vth= 75 120 m/p th× tdc ¶nh hëng nhiÒu ®Õn n¨ng suÊt.

Do vËy mét trong nh÷ng ®IÒu chó ý khi thiÕt kÕ truyÒn ®éng chÝnh cña m¸y bµo giêng lµ phÊn ®Êu gi¶m thêi gian qu¸ ®é. Mét trong nh÷ng biÖn ph¸p ®ã lµ x¸c ®Þnh tØ sè truyÒn tèi u cña c¬ cÊu truyÒn ®éng cña ®éng c¬ ®Õn trôc lµm viÖc,®¶m b¶o m¸y khëi ®éng víi gia tèc cao nhÊt.

Itu=Jd

Jm

M

Mc

M

Mc 2)(

M : Momen cña ®éng c¬ lóc khëi ®éng. Mc :Momen c¶n trªn trôc lµm viÖc Jm , Jd :Momen qu¸n tÝnh cña m¸y vµ ®éng c¬.



NÕu coi Mc= 0 th×:

Itu=Jd

Jm

Tuy nhiªn thêi gian qu¸ tr×nh qu¸ ®é kh«ng thÓ gi¶m nhá qu¸ ®îc v× bÞ h¹n chÕ bëi:

-Lùc ®éng ph¸t sinh trong hÖ thèng -Thêi gian qu¸ tr×nh qu¸ ®é ph¶i ®ñ lín ®Ó di chuyÓn ®Çu dao.

1.2.C¸c yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng truyÒn ®éng m¸y bµo giêng

1.2.1.TruyÒn ®éng chÝnh.

Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng chÝnh lµ tØ sè gi÷a tèc ®é lín nhÊt vµ thÊp nhÊt cña bµn m¸y. D = vmax/vmin= vngmax/vthmin

Trong chÕ ®é x¸c lËp,®é æn ®Þnh tèc ®é kh«ng lín h¬n 5% khi phô t¶i thay ®æi tõ kh«ng ®Þnh møc ®Õn ®Þnh møc.

Qu¸ tr×nh qu¸ ®é khëi ®éng , h·m yªu cÇu x¶y ra ªm,tr¸nh va ch¹m trong bé truyÒn víi t¸c ®éng cùc ®¹i.

HÖ thèng truyÒn ®éng lµ hÖ truyÒn ®éng cã ®¶o chiÒu quay.

1.2.2.TruyÒn ®éng ¨n dao.

TruyÒn ®éng ¨n dao lµm vÖc cã tÝnh chÊt chu k×,trong mçi hµnh tr×nh kÐp lµm viÖc mét lÇn

Ph¹m vi ®iÒu chØnh lîng ¨n dao D = ( 100 200)/1. C¬ cÊu ¨n dao yªu cÇu lµm viÖc víi tÇn sè lín, cã thÓ ®¹t tíi 1000 lÇn/giê HÖ thèng di chuyÓn ®Çu dao cÇn ph¶i ®¶m b¶o theo hai chiÒu c¶ ë chÕ ®é di

chuyÓn lµm viÖc vµ di chuyÓn nhanh.

TruyÒn ®éng ¨n dao cã thÓ thùc hiÖn b»ng nhiÒu hÖ thèng c¬ khÝ, ®iÖn khÝ, thuû lùc, khÝ nÐn...Th«ng thêng sö dông réng r·i hÖ thèng ®IÖn c¬ : ®éng c¬ ®iÖn vµ hÖ thèng truyÒn ®éng trôc vÝt - ecu hoÆc b¸nh r¨ng - thanh r¨ng.



Ch¬ng II : Ph©n tÝch vµ chän ph¬ng ¸n truyÒn ®éng.

§éng c¬ trong truyÒn ®éng chÝnh lµ lo¹i ®éng c¬ cã ®iÒu chØnh tèc ®é vµ ®¶o chiÒu quay. Nh vËy ®Ó thùc hiÖn truyÒn ®éng cho m¸y bµo giêng ta cã thÓ cã hai ph¬ng ¸n chÝnh sau ®©y:

Dïng hÖ truyÒn ®éng : Bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã ®¶o chiÒu quay

Dïng hÖ truyÒn ®éng : Bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu cã ®iÒu chØnh tèc ®é.

Sau ®©y ta sÏ ®i ph©n tÝch hai lo¹i truyÒn ®éng nµy tõ ®ã chän ra mét ph¬ng ¸n truyÒn ®éng phï hîp.

2.1:HÖ truyÒn ®éng: Bé biÕn ®æi - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.

§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu thùc hiÖn ®¶o chiÒu b»ng hai nguyªn t¾c sau: Gi÷ nguyªn chiÒu dßng ph¶n øng,®¶o chiÒu b»ng dßng kÝch tõ. Gi÷ nguyªn chiÒu dßng kÝch tõ ,®¶o chiÒu dßng ph¶n øng.

2.1.1:HÖ thèng truyÒn ®éng m¸y ph¸t - ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.



HÖ thèng truyÒn ®éng nµy thêng dïng cho m¸y cì trung b×nh Lb= 3 5m,Fk= 50 70 KN.D¶i ®iÒu chØnh D= ( 6 8)/1. ¦u ®iÓm : HÖ thèng nµy kh«ng cã phÇn tö phi tuyÕn nªn cã ®Æc tÝnh tèt ,

linh ho¹t khi chuyÓn tr¹ng th¸i , kh¶ n¨ng qu¸ t¶i lín.

§iÒu chØnh ®éng c¬ ®îc c¶ hai phÝa : §iÒu chØnh dßng kÝch tõ m¸y ph¸t F vµ dßng kÝch tõ ®éng c¬ §.

Cã thÓ thùc hiÖn ®îc çc chÕ ®é lµm viÖc :§éng c¬ , h·m t¸i sinh , h·m ®éng n¨ng vµ h·m ngîc.

Nhîc ®iÓm: - Dïng nhiÒu ®éng c¬ nªn tèn kÐm chi phÝ l¾p ®Æt,g©y tiÕng ån

- M¸y ph¸t mét chiÒu cã tõ d nªn ®Æc tÝnh tõ ho¸ cã trÔ khã ®iÒu chØnh s©u tèc ®é.

2.1.2:HÖ chØnh lu Thyiristo - §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.

S¬ ®å hÖ thèng

Thêng dïng cho m¸y cì nÆng Lb> 5m,Fk> 70KN. D¶i ®iÒu chØnh D = (8 25 )/1.

¦u ®iÓm :

§é t¸c ®éng nhanh, kh«ng g©y tiÕng ån vµ ®Æc biÖt dÔ tù ®éng ho¸ do çc van b¸n dÉn cã hÖ sè khuÕch ®¹i c«ng suÊt cao.

ThuËn tiÖn cho viÖc thiÕt lËp çc hÖ thèng tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÒu vßng ®Ó n©ng cao chÊt lîng çc ®Æc tÝnh tÜnh vµ ®éng cña hÖ thèng.



Nhîc ®iÓm :

Dïng çc van b¸n dÉn cã tÝnh phi tuyÕn nªn d¹ng ®iÖn ¸p chØnh lu ra cã biªn ®é ®Ëp m¹nh cao g©y tæn thÊt phô trong m¸y ®iÖn .Trong çc truyÒn ®éng c«ng suÊt lín cßn lµm xÊu d¹ng ®iÖn ¸p cña nguån xoay chiÒu. HÖ sè cos thÊp.

2.2.HÖ truyÒn ®éng:Bé biÕn ®æi - §éng c¬ ®iÖn xoay chiÒu.

HÖ truyÒn ®éng nµy dïng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha . Lo¹i ®éng c¬ nµy ®îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp . Sù ph¸t trÓn cña c«ng nghÖ chÕ t¹o b¸n dÉn c«ng suÊt vµ kü thuËt ®iÖn tö tin häc, ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha míi ®îc khai th¸c hÕt çc u ®iÓm cña m×nh. Nã trë thµnh hÖ truyÒn ®éng c¹nh tranh cã hiÖu qu¶ víi hÖ truyÒn ®éng chØnh lu Thyristor - §éng c¬.



Ch¬ng III : TÝnh chän thiÕt bÞ m¹ch lùc.

I. TÝnh chän ®éng c¬ truyÒn ®éng.

1.1. Phô t¶i truyÒn ®éng chÝnh.

Phô t¶i truyÒn ®éng chÝnh ®îc x¸c ®Þnh bëi lùc kÐo tæng. Nã lµ 2 thµnh

lùc c¾t vµ lùc ma s¸t: F K = F Z + F ms

F Z : lùc c¾t F ms : lùc ma s¸t

a. ChÕ ®é lµm viÖc hµnh tr×nh thuËn . F ms = )( ctby mmF

: hÖ sè ma s¸t gê trît , thêng =0,05 ®Õn 0,08. ë ®©y ta chän

=0,075

zF 4,0yF thµnh phÇn ¸p lùc lªn dao c¾t

bm : khèi lîngbµn

ctm : khèi lîng chi tiÕt

Ta cã: F ms =0,075[0,4.3500+10(900+800)] = 2325

Do ®ã: F kth =F ms +F z = 35000 + 2325 =37325

b. ChÕ ®é kh«ng t¶i. Khi lµm viÖc kh«ng t¶i, F y =F z = 0

Do ®ã F kng =F ms =0,075.10(900+800) = 1275

1.2. TÝnh chän ®éng c¬.

C«ng suÊt ®Çu trôc ®éng c¬ khi c¾t:

1,318,0.1000.60

37325.60

.1000.60

.

thth

th

VFP (kw)

Trong ®ã V th =40m/ph lµ tèc ®é hµnh tr×nh thuËn

C«ng suÊt ®Çu trôc ®éng c¬ khi quay ngîc kh«ng t¶i cã tèc ®é kh«ng t¶i V ng =75m/ph lµ:

28,0.1000.60

75.1275

.1000.60

.

ngng

ng

VFP (kw)

Do ®ã ph¶i chän ®éng c¬ cã P®m >Pttmax = 31,5840

751,31

th

ng

thV

VP (kw)



MÆt kh¸c , hÖ thèng ph¬ng ¸n truyÒn ®éng ®¨ chän lµ hÖ truyÒn ®éng ®éng

c¬ mét chiÒu dïng ph¬ng ph¸p chØnh lu. §ång thêi , trong thùc tÕ, ®Ó ®éng c¬

lµm viÖc an toµn , ngêi ta ph¶i dù tr÷ mét hÖ sè an toµn cho ®«ng c¬:

Kat = 1,05 ®Õn 1,1

ë ®©y ta chän hÖ sè an toµn lµ: Kat= 1,1

Do ®ã: Ptt®c = 1,1.P®c =64,14(kw)

Nh vËy ta cã thÓ chän ®éng c¬ lo¹i: 112 cã çc th«ng sè:

P®m=70(kw) ; n®m =600 (vßng/phót) ; I®m =361(A) ; R + Rcp = 0,0262 )( ;

Rcks=24( ) ; Ikt = 6,55(A) ; nmax = 1200 (vßng/phót) ;

Sè thanh dÈn t¸c dông cña phÇn øng 210;

Sè nh¸nh song song cña phÇn øng : 2;

Sè vßng d©y 1 cùc cña cuén song song : 750;

Tõ th«ng h÷u Ých cña 1 cùc : 48,8;

M« men qu¸n tÝnh cña phÇn øng : J = 18 kg.m2;

Khèi lîng cña ®éng c¬ : Q(kg) = 1370 (kg) ;

II.TÝnh to¸n thêi gian qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña m¸y

§å thÞ tèc ®é tèi u cña m¸y bµo giêng:

Thêi gian çc kho¶ng t1, t4, t6, t9, t10, t12, t14 ®îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng

thøc:

)12(

McMqd

jt

Çc kho¶ng thêi gian t2, t3 ,t7, t8 ®îc x¸c ®Þnh theo kinh nghiÖm vËn

hµnh. Chän t2=t3=t7=t8=0,2(s);

Trong ®ã: Mq® = (2 2,5) M®m lµ m« men ®éng c¬ trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é.

V

0

Vo

Vng

Vth

-Vo

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14



Tèc ®é bµn khi c¾t øng víi tèc ®é ch¹y ®Þnh møc cña ®éng c¬ ta cã b¸n kÝnh

quy ®æi lùc c¾t vÒ trôc ®éng c¬:

thV

Vth = 40/60 = 0,667(m/s)

011,08,62

667,0)/(8,62

60

600.14,3.2

60

2

srad

n

§Ó cã = 0,028 ta cã thÓ chän hép sè cã tû sè truyÒn i= 0,028/ 0,011=3

M« men phô t¶i cña ®éng c¬ khi ®· quy ®æi vÒ trôc cña ®éng c¬:

)(22,4958,62

10.1,31 3

NmP

Mth

thc

Tèc ®é vµo dao thêng chän Vo =10 (m/p) =10/60 =0,166 (m/s) Do ®ã : 0 = 15,1 (rad/s)

M«men phô t¶i ®éng c¬ khi kh«ng c¾t ( hµnh tr×nh ngîc): ng Vng / =113,64 (rad/s)

Mng = Png / ng 2000/113,64 = 17,6 (Nm)

M«men qu¸n tÝnh cña bµn m¸y quy ®æi vÒ trôc ®éng c¬

Jm = Jb + Jct (Bá qua m«men qu¸n tÝnh bé truyÒn) Jm = (mb + mct ) . . =(900 + 800).0,011.0,011 = 0,201

M«men qu¸n tÝnh cña hÖ thèng:

J = Jm + Jd = 0,201 + 18 = 18,201 (kg.m2)

Tõ ®å thÞ tèc ®é ta x¸c ®Þnh c¸c kho¶ng thêi gian

)(28,022,4957,1114.5,2

)7,278,62(201,18)(

.5,2

)(18,07,1114.5,2

7,27.201,18

)(7,1114

60

600..2

10.70

04

01

3

sMM

jt

sM

jt

NmP

M

th

cdm

qd

dm

dmdm

Trong kho¶ng thêi gian t6 momen qu¸ ®é cña ®éng c¬ ®· ®¶o chiÒu:

)(18,05,2

)(

)(195,022,4957,1114.5,2

)8,627,27(201,18)(

5,2

09

06

sM

Jt

sMM

Jt

dm

th

cdm

§Ó tÝnh t5 ta t×m tæng chiÒu dµi hµnh tr×nh bµn trong c¸c ®o¹n qu¸ tr×nh qu¸

®é vµ di chuyÓn víi V0:



091

60

40

320222

).(.2. Vtt

tVV

tVV

ttVtVL ththiii

Do ®ã Li = 0,3605

L5 = L- Li = 2,8 – 0,3605= 2,4395(m)

Do ®ã ta cã thêi gian c¾t æn ®Þnh :

)(66,340

60.4395,2

Vth

55 s

Lt

TÝnh çc kho¶ng thêi gi¶n trong qu¸ tr×nh ch¹y ngîc:

)(508,175

60*885,1);(885,1915,08,2

)(915,0

2/..2/).(2/.

)(18,0);(2,0

)(565,06,177,1114.5,2

)7,2764,113.(201,18

)(747,06,177,1114.5,2

64,113.201,18

11

14013012010

114213

12

10

stmLLL

m

tVtVtVVtVL

sttstt

st

st

ngng

ngngng

III .TÝnh chän bé biÕn ®æi

Do c«ng suÊt cña ®éng c¬ lín (>30kW) do ®ã ta ph¶i dïng chØnh lu cÇu 3

pha

Ngêi ta ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p trung b×nh cña t¶i b»ng çch ®iÒu chØnh gãc më

cña çc thyristor.

XÐt s¬ ®å cÇu 3 pha gåm 6 thyristor chia thµnh 2 nhãm:

Nhãm catot chung: T1 , T3 vµ T5 .

Nhãm anot chung: T4 , T6 vµ T2 .

§iÖn ¸p çc pha thø cÊp m¸y biÕn ¸p:

va = 2 U2sin

vb = 2 U2sin( - 3

2)

ud

id Va

Vb

Vc

T1 T3

T4 T6 T2

T5

Tai



vc = 2 U2sin( - 3

4)

Gãc më ®îc tÝnh tõ giao ®iÓm cña c¸c nöa h×nh sinus.(H×nh II.2)

Utb

ig3

i4

ia

i1

ig1

ig2

Ud©y(max)

Ud

0 0

H×nh II.2.§å thÞ d¹ng sãng khi gãc më nhá



Ho¹t ®éng cña s¬ ®å: Gi¶ thiÕt T5 vµ T6 ®ang cho dßng ch¶y qua. VF = vc ,

VG = vb .

Khi = 1 = 6

+ cho xung ®iÒu khiÓn më T1. Tiristor nµy më v× va > 0.

Sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ khãa l¹i mét çch tù nhiªn v× va > vc . Lóc nµy T6 vµ

T1 cho dßng ch¶y qua. §iÖn ¸p trªn t¶i:

ud = uab = va - vb

Khi = 2 = 6

3 + cho xung ®iÒu khiÓn më T2. Tiristor nµy më v× khi T6

dÉn, nã ®Æt vb lªn anot T2. Khi = 2 th× vb > vc . Sù më cña T2 lµm cho T6 bÞ

khãa l¹i mét çch tù nhiªn v× vb > vc.

Çc xung ®iÒu khiÓn lÖch nhau /3 ®îc lÇn lît ®a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña

çc tiristor theo thø tù 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, ....Trong mçi nhãm, khi mét tiristor më

nã sÏ khãa ngay tiristor dÉn dßng tríc nã:

Thêi ®iÓm 1 = 6

+ më T1 khãa T5

Thêi ®iÓm 2 = 6

3 + më T2 khãa T6

Thêi ®iÓm 3 = 6

5 + më T3 khãa T1

Thêi ®iÓm 4 = 6

7 + më T4 khãa T2

Thêi ®iÓm 5 = 6

9 + më T5 khãa T3

Thêi ®iÓm 6 = 6

11 + më T6 khãa T4

Gi¸ trÞ trung b×nh cña ®iÖn ¸p t¶i:

Ud =

6

5

6

2 .sin.22

6dU =

cos

63 2U (theo TL-1)

Gi¸ trÞ hiÖu dông cña dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p:

I2 = dI.3

2 = 0.816.Id (theo TL-1)

Gi¸ trÞ hiÖu dông dßng s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p:

I1 = m

I 2 = 3

2

m

Id (theo TL-1)

C«ng suÊt tÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p:



S = 2

21 SS (theo TL-1)

víi S1 = 3.U1.I1 = 1,047.Pd

S2 = 3.U2.I2 = 1,047.Pd

Thay sè liÖu vµo ta cã : S = 2

21 SS = 1,047.Pd

NhËn xÐt :

§iÖn ¸p chØnh lu cã sè lîng xung gÊp ®«i so víi s¬ ®å chØnh lu h×nh tia

3 pha.

Sè van thêng dung nhiÒu nªn sôt ¸p trªn çc van lµ ®¸ng kÓ, víi yªu cÇu

dßng t¶i nhá - ®iÖn ¸p chØnh lu lín th× ta thêng dïng s¬ ®å nµy.

Sö dông ®îc hÕt c«ng suÊt biÕn ¸p.

3.1. TÝnh chän van :

Gi¸ trÞ dßng trung b×nh ch¶y qua mçi van: 3

361

3 d

vtb

II = 120,3 (A)

Gi¸ trÞ dßng cùc ®¹i qua mçi van: Ivmax = Id = 361 (A) Gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ngîc ®Æt lªn mçi van: Ungmax = 2,45.U2 = 2,45.100 = 245 (V)

Tõ nh÷ng tÝnh to¸n trªn, víi chÕ ®é lµm m¸t b»ng qu¹t giã th× çc th«ng sè cÇn cña mçi van trong m¹ch chØnh lu cÇu ba pha lµ: Ungt 1,6. Ungmax = 1,6 .245 = 392 (V) It 1,5. Imax = 1,5.361 = 541,5 (A)

Ta cã thÓ chän van T -800 cña Liªn X«(cò) ®Ó chÞu ®îc çc ®iÒu kiÖn dßng vµ ¸p trong m¹ch. Çc th«ng sè cña van ®îc cho trong b¶ng sau:

Itb Utm U Toff Ig Ug dt

di

dt

du

A V V s A V A/s V/s 800 300-600 1,3 20 1,5 4 150 200

3.2. TÝnh chän m¸y biÕn nguån

M¸y biÕn ¸p nguån dïng ®Ó t¹o ®iÖn ¸p U2 phï hîp víi ®iÖn ¸p ®éng c¬ vµ çch ly phÇn m¹ch lùc bé biÕn ®æi víi líi ®iÖn. M¸y biÕn ¸p c«ng suÊt cì chôc kVA thuéc lo¹i m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, sôt ¸p trªn ®iÖn trë t¬ng ®èi lín (kho¶ng 4%) cßn sôt ¸p trªn ®iÖn kh¸ng Ýt h¬n (kho¶ng 1,5%). §iÖn ¸p sôt trªn hai thyristor nèi tiÕp kho¶ng 2V.

§iÖn ¸p chØnh lu kh«ng t¶i: Udo = 220.1,055 + 2 = 234V Gi¸ trÞ hiÖu dông ®iÖn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p (nèi /Y):



3

U.

23U do

2

= 100 (V)

Tû sè m¸y biÕn ¸p: k = 100

380

U

U

2

1 = 3,8

Dßng thø cÊp m¸y biÕn ¸p: I2 = dI.3

2= 294,75(A)

C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p: P = 3.U2.I2 = 3.100.294,75 = 88,4 (kVA). 3.3. B¶o vÖ sù cè trªn hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn.

M¹ch b¶o vÖ ®îc thiÕt lËp ®Ó ®¶m b¶o an toµn vµ tr¸nh g©y tæn thÊt cho ngêi vËn hµnh vµ thiÕt bÞ. Do vËy, quan ®iÓm khi x©y dùng m¹ch b¶o vÖ lµ ph¶i cã biÖn ph¸p phßng chèng çc sù cè vµ çc tr¹ng th¸i lµm viÖc bÊt thêng x¶y ra nh¨mg h¹n chÕ tæn thÊt ë møc ®é thÊp nhÊt.

MÆt kh¸c, çc phÇn tö b¸n dÉn c«ng suÊt trong bé biÕn ®æi còng ph¶i ®îc b¶o vÖ chèng nh÷ng sù cè bÊt ngê, nh÷ng nhiÔu lo¹n nguy hiÓm nh ng¾n m¹ch ®Çu ra bé biÕn ®æi, qu¸ ®iÖn ¸p hoÆc qu¸ dßng ®iÖn qua van, qu¸ nhiÖt trong thiÕt bÞ biÕn ®æi.

B¶o vÖ c¾t khÈn cÊp trªn m¹ch ®éng lùc: Nh ng¾n m¹ch ë bé biÕn ®æi hÖ thèng truyÒn ®éng, mÊt kÝch tõ ®éng c¬, qu¸ tèc ®é, qu¸ dßng, qu¸ ®iÖn ¸p phÇn øng, ®¸nh löa g©y ng¾n m¹ch ë vµnh gãp, ng¾n m¹ch mét sè vßng d©y cña m¸y biÕn ¸p nguån... M¹ch b¶o vÖ thùc hÖn c¾t khÈn cÊp b»ng çc thiÕt bÞ ®ãng c¾t truyÒn thèng nh cÇu ch×, ¸pt«m¸t, r¬le.. kÕt hîp víi b¶o vÖ ë m¹ch ®iÒu khiÓn nh kho¸ thyristor, c¾t nguån nu«i, kho¸ çc bé ®iÒu chØnh...

ThiÕt bÞ b¶o vÖ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch bªn s¬ cÊp biÕn ¸p cña bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch bªn phÝa thø cÊp cña biÕn ¸p nguån nhng n»m ngoµi bé biÕn ®æi, ng¾n m¹ch bªn trong hÖ truyÒn ®iÖn (bé biÕn ®æi vµ ®éng c¬) sö dông cÇu ch×. §Ó b¶o vÖ mÊt tõ th«ng, sö dông r¬le b¶o vÖ mÊt tõ th«ng. Sö dông r¬le b¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®Ó b¶o vÖ qu¸ nhiÖt ®éng c¬, m¸y biÕn ¸p... B¶o vÖ trong bé biÕn ®æi a. B¶o vÖ qu¸ nhiÖt.

Khi thyristor ®îc ®iÒu khiÓn më cho dßng ch¶y qua van, c«ng suÊt tæn thÊt bªn trong sÏ ®èt nãng chóng, trong ®ã mÆt ghÐp lµ n¬i bÞ ®èt nãng lín nhÊt. Ngoµi ra, qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch van còng g©y ra tæn thÊt ®iÖn n¨ng. Do çc thiÕt bÞ b¸n dÉn nãi chung rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt ®é, mäi sù qu¸ nhiÖt ®é trªn van dï chØ diÔn ra trong thêi gian ng¾n còng cã thÓ ph¸ háng van, nªn ®Ó b¶o vÖ qu¸ nhiÖt trªn van, ta sö dông çc biÖn ph¸p lµm m¸t cìng bøc. BiÖn ph¸p lµm m¸t th«ng dông nhÊt lµ qu¹t kh«ng khÝ xung quanh çnh t¶n nhiÖt (lµm m¸t b»ng giã). §èi víi thiÕt bÞ b¸n dÉn c«ng suÊt lín h¬n, ta cã thÓ cho níc trùc tiÕp ch¶y qua çnh t¶n nhiÖt (lµm m¸t b»ng níc) hoÆc ng©m c¶ thiÕt bÞ b¸n dÉn vµo dÇu biÕn thÕ.



Trong ®å ¸n nµy, viÖc thiÕt kÕ b¶o vÖ qu¸ nhiÖt cho thyristor thùc hiÖn b»ng ph¬ng ph¸p lµm m¸t cìng bøc b»ng giã víi hÖ sè b¶o vÖ qu¸ nhiÖt trªn van lµ ki=1,5 vµ ku=1,6.

b. B¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p trªn van.

§Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p trªn van, ta sö dông m¹ch RC, b¶o vÖ tõng thyristor: M¹ch ®Êu song song víi van dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p do çc nguyªn nh©n néi t¹i g©y ra – sù tÝch tô ®iÖn tÝch trong líp b¸n dÉn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña van sÏ t¹o ra dßng ®iÖn ngîc khi kho¸ van trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n, do ®ã lµm xuÊt hiÖn suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng rÊt lín trªn çc ®iÖn c¶m ®êng d©y nèi. M¹ch RC ®Êu gi÷a çc nguån pha dïng ®Ó b¶o vÖ qu¸ ¸p do çc nguyªn nh©n bªn ngoµi mang tÝnh ngÉu nhiªn – hiÖn tîng sÊm sÐt, mét cÇu ch× b¶o vÖ bÞ nh¶y, c¾t kh«ng t¶i m¸y biÕn ¸p... Çc trÞ sè linh kiÖn b¶o vÖ ®îc chän dùa vµo çc trÞ sè kinh nghiÖm: C = 1F vµ R = 1K.

S¬ ®å b¶o vÖ m¹ch chØnh lu cÇu ba pha cã ®Çy ®ñ çc phÇn tö b¶o vÖ qu¸ dßng vµ qu¸ ¸p.

§

U®k

iK§



Ch¬ng IV : ThiÕt KÕ m¹ch ®iÒu khiÓn.

I. Yªu cÇu cña m¹ch ®iÒu khiÓn.

Ph¸t xung vµo cùc ®iÒu khiÓn cña van, ®¶m b¶o van më nhanh nh¹y chÝnh

x¸c vµ ®iÒu khiÓn gãc më cña van ®Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p cho nguån cÊp vµo phÇn

øng cña ®éng c¬.

Tõ ®ã ta cã s¬ ®å tæng qu¸t cña m¹ch ®iÒu khiÓn nh sau:

§Ó ®iÒu khiÓn vÞ trÝ xung trong nöa chu kú d¬ng cña ®iÖn ¸p ®Æt trªn

thyristor, ta sö dông nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn “ arccos ”. Theo nguyªn t¾c nµy, ta sö dông hai ®iÖn ¸p: §iÖn ¸p ®ång bé us vît tríc uAK = Umsint cña thyristor mét gãc /2, us

=Umcost. §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ucm lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc biªn ®é

qua c¸c bé ®iÒu chØnh tèc ®é vµ dßng ®iÖn R vµ Ri. NÕu ®Æt us vµo cæng ®¶o vµ ucm vµo cæng kh«ng ®¶o cña kh©u so s¸nh th× khi

us = ucm ta sÏ nhËn ®îc mét xung rÊt m¶nh ë ®Çu ra khi kh©u nµy lËt tr¹ng th¸i:

ucm = Umcos.

Do ®ã = arccos )U

u(

m

cm .

Nh vËy, khi ®iÒu chØnh ucm tõ trÞ sè ucmmin ®Õn ucmmax ta cã thÓ ®iÒu chØnh

®îc gãc ®iÒu khiÓn = (min max).

us

ucm

uAK

u

t 0

§P ®a hµi tr¹ng th¸i

So s¸nh t¹o xung

Ph¶n håi dßng ®iÖn

PPX

K§X

BiÕn ¸p xung

Xung chïm



II. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p ®ång pha vµ ®a hµi.

M¹ch nµy cã chøc n¨ng t¹o ra ®iÖn ¸p trïng pha víi ®iÖn ¸p nguån, ë m¹ch

nµy ta dïng khuÕch ®¹i thuËt to¸n A 741 ®Ó biÕn d¹ng ®iÖn ¸p chØnh lu

III. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p r¨ng ca.

§iÖn ¸p tùa lµ mét d¹ng ®iÖn ¸p r¨ng ca biÕn ®æi tuyÕn tÝnh t¹o ra, nhê cã

sù phãng n¹p cña tô C m¾c theo kiÓu tÝch ph©n. PhÇn tö chÝnh cña m¹ch nµy lµ tô

®iÖn C vµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n A 741.

Nguyªn lý ho¹t ®éng cña s¬ ®å:

Khi UB>0 diot D3 kho¸ do bÞ ngîc cùc tÝnh. Lóc nµy chØ cã t¸c ®éng qua

R4-C1 n¹p cho tô C1 víi mét dßng kh«ng ®æi cã gi¸ trÞ e

4

1c tCR

Eii

§iÖn ¸p khi n¹p:

SS+TXA R1

R2

R3

IC1D1

D2

+E1

+15V

-15V

T.§.A.R.C



14

c

1

cCR

Edtni

C

1U

tn: thêi gian cÇn thiÕt ®Ó n¹p tô C1

Khi U§P<0:

Diot D3 th«ng tô C1 phãng ®iÖn dßng i2 ch¶y tõ C1 qua R5-D3 vµ cã ®é lín

i2=510 i1 cho tíi khi t=tp th× ®iÖn ¸p trªn tô trë vÒ “0” vµ tô C1 l¹i tiÕp tôc n¹p

theo chu kú míi.

IV. M¹ch so s¸nh vµ t¹o xung.

Nguyªn lý: M¹ch nµy cã nhiÖm vô so s¸nh hai tÝn hiÖu U®k vµ UT t¹i nh÷ng

thêi ®iÓm UT=U®k sÏ ph¸t ra çc xung th«ng qua R9 vµ ®îc chia thµnh çc xung

nhá nhê chïm xung ®a ®Õn R10 ®Õn cùc gèc cña transistor Tr1 kÝch më nã. PhÇn

tö chÝnh cña m¹ch lµ khuÕch ®¹i thuËt to¸n cã chøc n¨ng so s¸nh vµ t¹o xung.

Chän khuÕch ®¹i thuËt t¸n A 741 cã çc th«ng sè kü thuËt:

-HiÖu ®iÖn thÕ gi÷a cæng “®¶o” vµ “kh«ng ®¶o” U = 30V.

-§iÖn ¸p nguån nu«i : Unguån nu«i=3V ®Õn 22V.

-Pt=100mW.

-Ko=5.104.

-du/dt=0,5V/m.

-NhiÖt ®é lµm viÖc tõ -55125oC.

-Zra=60.

-Zvµo=300k.

-Ira=25mA.

Khi nguån cung cÊp lµ 15V th×:

Ura=12V nÕu Rt>10k

Ura=10V nÕu Rt2k



V. Kh©u t¹o xung chïm.

Ta dïng bé ph¸t xung “ sinus ch÷ nhËt”. Trong s¬ ®å nµy OA thùc hiÖn so

s¸nh hai tÝn hiÖu Uc vµ Ur =K*V2

Ta sÏ cã :

T=2,2.R.C =1,1.C.(R1+R2)

T1=1,1.C.R1 ; T2=1,1.R2.C

VI. Kh©u khuÕch ®¹i xung vµ biÕn ¸p xung.

D1

D2

R1

R2

R3

R4 C

C R3

R4

R

Uc

Ur

G1

G4

SSTX

Xc

w1D1

D

Do1

Do

T1

T4

A1

A4

K1

K4

R10

R9

R11

Rhc

+E2

D6

Tr1

Tr2

D5



§iÖn ¸p ra tõ bé so s¸nh + tÝn hiÖu tõ m¹ch t¹o xung chïm t¹o thµnh tÝn

hiÖu logic dïng ®Ó ®iÒu khiÓn sù ®ãng më cña transistor. Khi Tr2 khãa ta nhËn

®îc mét xung ra ë thø cÊp BAX.

VII. Kh©u ph¶n håi tèc ®é:

Tèc ®é truyÒn ®éng lµ ®¹i lîng cã vai trß quan träng quyÕt ®Þnh tíi chÊt

lîng ®éng vµ tÜnh cña truyÒn ®éng, thêng ngêi ta hay dïng m¸y ph¸t tèc 1

chiÒu, xoay chiÒu vµ c¸c bé ®o tèc ®é xung sè

M¸y ph¸t tèc 1 chiÒu t¬ng tù nh mét m¸y ph¸t 1chiÒu nhng ®iÖn ¸p cña

nã phô thuéc vµo tèc dé ®éng c¬ chø kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p t¶i vµ líi do

®ã nã cã nhiÖm vô ®o lêng tèc ®é, lÊy tÝn hiÖu lµ ®iÖn ¸p ph¶n håi vÒ duy tr× tèc

®é theo ®iÒu kiÖn ®Æt tríc. Do ®ã kh©u nµy cã tÝnh chÊt ®éng vµ tÜnh cña hÖ

thèng

Yªu cÇu ®iÖn ¸p m¸y ph¸t tèc 1 chiÒu chøa Ýt thµnh phÇn xoay chiÒu tÇn sè

cao kh«ng bÞ trÔ nhiÒu vÒ gi¸ trÞ vµ dÊu so víi ®¹i lîng ®o cña ®éng c¬. Nªn

m¸y ph¸t tèc ph¶i cã tõ th«ng kh«ng ®æi trong toµn vïng ®iÒu chØnh tèc ®é. Ta

cÇn h¹n chÕ tæn thÊt m¹ch tõ b»ng viÖc sö dông vËt liÖu tõ trë hÑp vµ l¸ thÐp kü

thuËt máng .

§iÖn ¸p ®Çu ra cña m¸y ph¸t tèc:

U =K . - R . I - Uct

- Khi cã bé läc ®Çu ra th× hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc

K hÖ sè tû lÖ K = U/ ; U = 10V

f lµ h»ng sè thêi gian cña bé läc vµ <5ms

Chän f = 0,001s = 1ms

RC RT

W Uw

159,08,62

10/8,62

60

.2

Ksrad

ndmdm

pi

KpUpF

p

fF

1

)()(



Hµm truyÒn m¸y ph¸t tèc:

VIII. C¸c bé ®iÒu chØnh R vµ Ri. Bé ®iÒu chØnh lµ mét trong nh÷ng phÇn tö quan träng nhÊt trong hÖ ®iÒu

chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn v× nã ®¶m b¶o chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña hÖ thèng.

Bé ®iÒu chØnh cã hai nhiÖm vô: KhuÕch ®¹i tÝn hiÖu sai lÖch nhá cña hÖ T¹o hµm ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña hÖ thèng. Trong hÖ thèng ta sö dông hai bé ®iÒu chØnh: bé ®iÒu chØnh tû lÖ P dïng

®iÒu chØnh tèc ®é vµ bé ®iÒu chØnh tû lÖ - tÝch ph©n PI ®Ó ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn:

pRC

)C+C(pR+1=

p09727,0

0366,0+1=)p(R k3

i

Hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é: =R

R=K=)p(R

1

2pω 126,97

Chän R = K; R2 = ; R3 = ; C = F. §Ó t¹o m¹ch läc F, ta nèi thªm tô Ck = 5F song song víi ®iÖn trë R3.

u®k

Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn PI

ui®

ui

u®

R

R

R2

C

CK

R

R

R3

Bé ®iÒu chØnh tèc ®é P

u

IX. M¹ch h¹n chÕ dßng M¹ch h¹n chÕ dßng dïng ®Ó h¹n chÕ lîng ®Æt dßng ®iÖn vµ h¹n chÕ tÝn

hiÖu ®iÒu khiÓn Udk kh«ng vît qu¸ ®Ønh cña ®iÖn ¸p so s¸nh víi Udk tøc lµ kh«ng lín h¬n 10V.

p

pFft 001,01

1326,0



X. Kh©u t¹o ®iÖn ¸p nguån cung cÊp Nguån ®iÖn ¸p mét chiÒu dïng trong m¹ch t¹o xung ®iÒu khiÓn thêng lµ

nguån ®iÖn ¸p æn ®Þnh tríc nh÷ng dao ®éng bÊt thêng cña líi ®iÖn xoay chiÒu. V× vËy, ph¶i sö dông m¹ch æn ¸p.

LM78L12

1 2

3

330

25V330 10

LM78L12

1

2 3

33025V

330 10

1U

V12Un

K10

K1

K10

V10Umax

2U

U2

U1

10V

10V



Ch¬ng V: Tæng hîp m¹ch ®iÒu khiÓn.

I. M« h×nh hÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn.

Môc tiªu c¬ b¶n cña hÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn lµ ph¶i ®¶m

b¶o gi¸ trÞ yªu cÇu cña çc ®¹i lîng ®iÒu chØnh mµ kh«ng phô thuéc vµo t¸c

®éng cña çc ®¹i lîng nhiÔu lªn hÖ ®iÒu chØnh. HÖ thèng ®iÒu chØnh tù ®éng

truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y bµo giêng cã cÊu tróc ®îc tr×nh

bµy trªn h×nh 8 gåm : ®éng c¬ truyÒn ®éng M quay chi tiÕt m¸y bµo giêng Mx

vµ thiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng lîng - chØnh lu cÇu ba pha B§ (®îc gäi lµ phÇn lùc),

çc thiÕt bÞ ®o lêng §L vµ çc bé ®iÒu chØnh R (®îc gäi lµ phÇn ®iÒu khiÓn).

TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®îc gäi lµ tÝn hiÖu ®Æt TH§ vµ ngoµi ra cßn cã çc

tÝn hiÖu nhiÔu lo¹n NL t¸c ®éng lªn hÖ thèng.

MxR B§ M

§L

TH§

NL

§éng c¬ truyÒn ®éng ®îc sö dông lµ ®éng c¬ mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp vµ

®îc cÊp n¨ng lîng tõ bé biÕn ®æi chØnh lu cÇu ba pha cã ®iÒu khiÓn. Bé biÕn

®æi cã chøc n¨ng biÕn ®æi n¨ng lîng ®iÖn thÝch øng víi ®éng c¬ truyÒn ®éng vµ

mang th«ng tin ®iÒu khiÓn ®Ó ®iÒu khiÓn çc tham sè ®Çu ra cña bé biÕn ®æi (nh

c«ng suÊt, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn, tÇn sè...). TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®îc lÊy ra tõ bé

®iÒu chØnh R. Çc bé ®iÒu chØnh R (regulator) nhËn tÝn hiÖu th«ng b¸o sai lÖch vÒ

tr¹ng th¸i lµm viÖc cña truyÒn ®éng th«ng qua so s¸nh gi÷a tÝn hiÖu ®Æt TH§ vµ

tÝn hiÖu ®o lêng çc ®¹i lîng truyÒn ®éng. §Ó ®¶m b¶o chÊt lîng cña hÖ, ta sö

dông çc m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn vµ tèc ®é. Sù biÕn thiªn cña çc tÝn

hiÖu ®Æt g©y ra çc sai lÖch kh«ng tr¸nh ®îc trong qu¸ tr×nh qu¸ ®é vµ còng cã

thÓ g©y sai lÖch trong chÕ ®é x¸c lËp. Trªn c¬ së ph©n tÝch çc sai lÖch ®iÒu

chØnh, ta cã thÓ chän ®îc çc bé ®iÒu chØnh, çc m¹ch bï thÝch hîp ®Ó n©ng cao

chÝnh x¸c cña hÖ thèng.



II. M« t¶ to¸n häc ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu:

§iÖn c¶m phÇn øng L = 600.2.361

220.6,5

...

dmdm

dmL

npI

Uk 0,003(H) = 3 (mH )

trong ®ã kL lµ hÖ sè lÊy gi¸ trÞ 5,5 5,7 ®èi víi m¸y kh«ng bï vµ kL= 1,4 1,9 ®èi víi m¸y cã bï; p lµ sè ®«i cùc.

k®m =

π100

0262,0.361220.

dm

dmdm RIU

0,67

M«men qu¸n tÝnh J = J® + Jm = 0,201 + 18= 18,201 (kg.m2)

H»ng sè thêi gian c¬ häc Tc = 22

Σ

)67,0(

201,18.0262,0

)Φ(

.

dmk

JR1,062 (s)

H»ng sè thêi gian m¹ch phÇn øng T = 0262,0

003,0

u

u

R

L0,115 (s) << Tc

Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp:

MMk

R

k

Uu

22 )67,0(

0262,0

67,0

220

)(

= 328,36 – 0,06M

Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp:

uuu II

k

R

k

U

67,0

0262,0

67,0

220

= 328,36 – 0,039I

III.Tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn.

M¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn lµ m¹ch vßng c¬ b¶n cña hÖ thèng, x¸c ®Þnh m«men kÐo cña ®éng c¬ vµ thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng b¶o vÖ, ®iÒu chØnh gia tèc... HÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®éng c¬ quay chi tiÕt m¸y bµo giêng cã h»ng sè thêi gian c¬ häc Tc rÊt lín so víi h»ng sè thêi gian ®iÖn tõ cña m¹ch phÇn øng T nªn ta cã thÓ coi søc ®iÖn ®éng cña ®éng c¬ kh«ng ¶nh hëng ®Õn qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cña m¹ch vßng dßng ®iÖn.

S¬ ®å khèi cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn ®îc thÓ hiÖn trªn h×nh 9.2, trong ®ã F lµ m¹ch läc tÝn hiÖu, Ri lµ bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, B§ lµ bé chØnh lu cÇu ba pha, Si lµ sensor dßng ®iÖn.

ui®

fpT+1

1

ui

)pT+1)(pT+1(

K

vok®

CLPI

pT+1

T/1

i

i

pT+1

K

F B§Ri

Si

I

Tf, T®k, Tvo , T , Ti lµ c¸c h»ng sè thêi gian cña m¹ch läc, m¹ch ®iÒu khiÓn chØnh lu, sù chuyÓn m¹ch chØnh lu, phÇn øng vµ sensor dßng ®iÖn.



R lµ ®iÖn trë m¹ch phÇn øng vµ KCL, Ki lµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña chØnh lu vµ sensor dßng ®iÖn.

KCL = 10

234

dk

do

U

U= 23,4;

3.361.1

10

.

dms

idi

IR

UK = 0,009 ;

Tf =Ti =T®k = 0,001 (s) << T ;

T = 0,115 (s); Tvo =

100.6

em= 0,00167(s)

Hµm truyÒn cña m¹ch dßng ®iÖn ( hµm truyÒn cña ®èi tîng ®iÒu chØnh):

)1)(1)(1)(1)(1(

/.)(

1

ivodkf

uiCLo

pTpTpTpTpT

RKKpS

§Æt Ts = Tf + T®k + Tvo + Ti = 0,00467 << T = 0,115 th× cã thÓ viÕt l¹i hµm truyÒn ë d¹ng gÇn ®óng nh sau:

)1)(1(

/.)(

pTpT

RKKpS

s

uiCLoi

¸p dông tiªu chuÈn tèi u module, ta t×m ®îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng kh©u tû lÖ – vi ph©n PI, trong ®ã ®· chän T = Ts =0,00467s (chän a =2):

p

p

pR

TaKK

pTpR

u

siCLi

078,0

115,01

...

)1()(

Tõ ®ã ta cã bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn cã d¹ng kh©u PI:

Ta cã T =R2.C2

Chän C2 =10 mF khi ®ã ta cã:

)(79,7

.2..

...2.

.

)(5,1110.10

115,0

1

2

121

62

2

KR

TCR

KKRCRT

R

KK

KC

TR

s

u

icls

u

icl

u

R2

R1

R1

Uid

Ui

C2



Hµm truyÒn cña m¹ch vßng sÏ lµ:

222 0000436,000934,01

13,107

221

1.

1

1)1(2

1.

1

)(

)(

pppTpTKpTpTKpU

pI

ssissii

Qu¸ tr×nh qu¸ ®é sÏ kÕt thóc sau thêi gian Tq® = 8,4Ts = 0,039(s) vµ ®é qu¸ ®iÒu chØnh lµ 4,57% (Imax = 18,3A). NÕu xÐt ®Õn ¶nh hëng cña søc ®iÖn ®éng ®éng c¬ th× do tÝnh chÊt c¶n dÞu cña nã mµ trong nhiÒu cã thÓ kh«ng x¶y ra qu¸ ®iÒu chØnh dßng ®iÖn. IV. Tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é

Sensor tèc ®é : π100

10

ω

ω dm

dUK vµ h»ng sè thêi gian läc T = 0,001 (s).

u®

u

Ps

i

pT2+1

K/1

ω

ω

pT+1

K

R

S

IHCD k

M

Jp

1

Mc

Theo kÕt qu¶ tæng hîp m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn, ta cã hµm truyÒn cña m¹ch vßng dßng ®iÖn lµ:

222 0000436,000934,01

13,107

221

1.

1

)(

)(

pppTpTKpU

pI

ssii

§Ó thuËn tiÖn trong tÝnh to¸n tiÕp theo, ta bá qua thµnh phÇn 2 2sT ®Ó thu

®îc biÓu thøc gÇn ®óng cña hµm truyÒn m¹ch vßng ®iÒu chØnh dßng ®iÖn hÖ thèng:

ppTKpU

pI

sii 00934,01

13,107

21

1.

1

)(

)(

§Æt ωT5,0+T=T s's = 0,00517, khi ®ã ®èi tîng ®iÒu chØnh cã hµm truyÒn:

)21(

1.

.T Φ.K)(

'i.

ω2

pTpk

KRpS

sc

o

Theo tiªu chuÈn tèi u module, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc hµm truyÒn cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é lµ kh©u tû lÖ P, (lÊy hÖ sè a2 = 2):

2

'ω

ω2

1.

.Φ.)(

aTKR

TkKKpR

s

cip 490,7

Hµm truyÒn cña m¹ch vßng ®iÒu chØnh tèc ®é lµ:



2' 000193,00209,01

416,31

1)12(4

1.

1

)(

)(

pppTpTKpU

p

ssd

M¹ch vßng tèc ®é nµy lµ v« sai cÊp 1 ®èi víi tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn vµ lµ h÷u sai ®èi víi tÝn hiÖu nhiÔu. HÖ sè khuÕch ®¹i cña bé ®iÒu chØnh tèc ®é Kp cã thÓ ®iÒu chØnh th«ng qua tham sè a2.

KÕt qu¶ m« pháng m¹ch vßng dßng ®iÖn:



KÕt qu¶ m« pháng m¹ch vßng tèc ®é

thiết kế hệ truyền động cho máy bào giường

Documents