Thiết kế hệ truyền động máy bào giường

Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghệp hoá, hiện đại hoá đất nước, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà trước hết là năng xuất sản xuất và chất lượng sản phẩm. Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử, công nghệ thông tin và những thành tựu của lý thuyết điều khiển tự động đã làm cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tương xứng của lĩnh vực tự động hoá. ở nước ta, mặc dù là một nước chậm phát triển, nhưng những năm gần đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng như sự hội nhập vào nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự động hoá trong các quá rtình sản xuất đã có bước phát triển mới,tạo ra hàm lượng chất xám cao, tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức. Ngày nay, tự động điều khiển các quá trình đã đi vào từng ngõ ngách, vào trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm. Một trong những ứng dụng đó là truyền động máy bào giường. Trong quá trình học môn tổng hợp hệ cơ điện em được giao thiết kế hệ truyền động cho máy bào giường. Được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo quang địch em đã hoàn thành bản đồ án này. Do kiến thức cũng như thời gian có hạn nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu xót .Em mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em hoàn tiện hơn. Sinh viên thực hiện vũ thuý nga chương i Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động I.Đặc điểm công nghệ: Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5m - 12m. Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo 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 di chuyển theo chiều ngangmột 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.Chuyển động của bàn dao sau mỗi hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. Đồ thị tốc độ của bàn máy như hình vẽ ở hành trình thuận ban đầu máy tăng tốc độ đến v0. Sauk hi chạy ổn định ở v0 sau mật khoảng thời gian 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 dộ v0 một thời gian sau đó tăng tốc độ đến vth ( tốc độ cắt gọt) và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận abnf máy giảm tốc độ đến v0, dao được ra khỏi chi tiết. Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ Vng thực hiện hành trình không tải đưa máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngược bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ V0 đảo chiều từ ngược sang thuận thực hiện chu kỳ mới. Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian. n = Để tăng năng suất của máy, tốc độ hành trình ngược thường chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận; Vng = kVth (k = 23) khi tăng k > 3, năng suất máy tăng không đáng kể. Đặc biệt tăng tốc độ hành trình ngược có ảnh hưởng lớn đến năng suất máy khi chiều dài hành trình trên 3m. khi đó thời gian đảo chiều chuyển động của bàn máy chiếm tỉ lệ không lớn trong toàn bộ thời gian một chu kỳ làm việc. ngược lại, khi chiều dài hành trình nhỏ, nhất là khi tốc độ cắt cao, thì thời gian đảo chiều bàn máy lại có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất máy. Do đó, một trong các điểm cần lưu ý lúc thiết kế truyền động máy bào giường là phấn đấu giảm thời gian quá trình quá độ. Một trong các biện pháp để đạt được mục đích đó là xác định tỉ số truyền tối ưu của cơ cấu truyền động từ trục động cơ đến trục làm việc, bảo đảm bàn máy khởi động với gia tốc lớn nhất. Xuất phát từ phương trình chuyển động trên trục làm việc Mi - Mc = (Jđ i2 + Jm) Ta có gia tốc của trục làm việc là = Lấy đạo hàm của gia tốc và cân bằng với 0 =0 Ta có it.ư = với giả thiết M, Mc không đổi Nếu coi Mc = 0 thì it.ư = Yêu cầu về truyền động Truyền động chính ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi từ 0 đến định mức. ở quá trình quá độ khởi động hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ truyền với độ tác động cực đại. b. Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, 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 đến 1000 lần/giờ. Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo 2 chiều ở cả 2 chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh. Truyền động ăn dao thường được thực hiện bằng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ. II. Chọn phương án truyền động Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều : - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ . Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính : - Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy khuếch đai (KĐM). - Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT) - Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : chỉnh lưu Thyristor (CLT) - Bộ biến đổi xung áp một chiều Thyristor và tranzitor (BBĐKA) Tương ứng sử dụng các bộ biến đổi có các hệ truyền động: - Hệ truyền động máy phát động cơ (F - Đ) - Hệ truyền động máy khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ) - Hệ truyền động máy phát từ - động cơ ( LĐT - Đ) - Hệ truyền động chỉnh lưu Thyristor - động cơ (T - Đ) - Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA -Đ) Động cơ sử dụng có thể là một chiều hoặc xoay chiều. ở đây ta xét động cơ một chiều. Để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều ta có thể thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi từ thông. Nhưng sử dụng phương pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất của máy vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn. Vì vậy thực tế người ta thường sử dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp phần ứng. Do động cơ cần đảo chiều trong quá trình làm việc nên ta sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu sơ đồ 2 bộ biến đổi điều khiển do việc điều khiển đơn giản, đảo chiều êm, làm việc ở 4 góc phần tư. III.Tính chọn công suất động cơ và mạch lực Tính chọn công suất động cơ a.Tính chọn sơ bộ động cơ Lực kéo tổng : Fk = Fz + (Gb + Gct + Fy) - hệ số ma sát ở gờ trượt. Chọn = 0,06 Fy = 0,4Fz = 0,4.35 = 14 (kN) Fk = 35.103 + ( 9,8 (900 + 800) +14.103) .0,06 = 36869,6 (N) =36,84 (kN) Công suất đầu trục động cơ khi cắt Pth = = = 30,7(kW) Công suất tính toán Ptt = Pth. = 57,56 (kW) Dựa vào công suất và loại động cơ ta chọn được động cơ -111 của Nga có các thông số sau Pđm = 75 kW Uđm = 220 V nđm = 750 v/phút rcks = 28 Iđm = 287 A Rư + Rc0 = 0,0362 IKđm = 5,61 A N =210 ; số đôi mạch nhánh sông song 2a = 2 ; số nhánh song song của phần ứng Wcks = 850 ; số vòng dây một cực của cạnh song song = 39,1 mWb ; từ thông hữu ích của một cực nmax = 1500 v/ph ; tốc độ quay cực đại cho phép J = 20,4 Kgm2 ; momen quán tính của phần ứng p =2 ;số đôi cực Tính các thông số của động cơ k = k = 68,68.39,1.10-3 = 2,3 Lư = b. Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần và kiểm nghiệm động cơ đã chọn Chia đồ thị tốc độ của động cơ trong một hành trình kép thành 14 khoảng từ t1 t14 như hình vẽ. Ta phải xác định được dòng điện động cơ trong tất cả các khoảng t đó. * Xác định dòng điện trong chế độ làm việc ổn định Ta xác định theo giản đồ P(t) - Công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận là P0th = - tổn hao không tải trong hành trình thuận - tổn hao do ma sát trên gờ trượt cảu bàn máy = a.Pthhi = 0,6.Pth (1- ) = 0,6.30,7.( 1- 0,8 ) = 3,684 (kW) = (kW) P0th = 3,684 + 0,833 = 4,517 (kW) - Momen điện từ của động cơ ở hành trình thuậnkhi đầy tải là Mđt.th = M0 + Mth = M0 + [Nm] M0 = k. .Iđm - = 2,6.4.287 - = 955(Nm) Mđt.th = 955 + = 1144,8(Nm) - Dòng điện động cơ khi tải đầy là Ith = (A) - Công suất động cơ trong hành trình ngược PĐ.ng =P0th. = 4,517. = 8,47 (kW) - Momen điện từ ở hành trình ngược Mđt.ng = M0 + = 955 + = 1144,8 (Nm) -Dòng điện động cơ ở hành trình ngược Ing = (A) * Xác định dòng điện trong các thời gian động cơ almf việc ở quá trình quá độ Đối với động cơ một chiều, một cách gần đúng ta có Iqđ = ( 2 2,5) Iđm = 2.287 = 574 (A) * Xác định thời gian các khoảng làm việc Thời gian của quá trình quấ độ có thể xác định bằng công thức gần đúng t = chọn J = Jđc = 20,4 kgm2 Ic = Iđm = 287 A V0 = 15m/ph = 8,93 rad từ đó ta có t1 = = 6.83.10-3.8,93 = 0,061 (s) t4 = 6,83.10-3 (23,8 – 8,93) = 0,1 (s) t6 = t4 =0,1s t9,10 = 6,83.10-3( + 8,93) = 6,83.10-3 (44,64 +8,93) = 0,37 s t12 = 6,83.10-3 (44,64 - 8,93) = 0,24 s t14 = t1 = 0,061 s Chọn t2 = t3 = t7 = t8 = t13 = 0,061 s Một cách gần đúng ta có: t5 = = 0,07 phút = 4,2 s t11 = = 2,24 s Dòng điện đẳng trị Iđt = =251 A Có Iđm = 287A > Iđt .Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện làm việc. chương II tính toán mạch lực Với phương pháp điều khiển chỉnh lưu thyristor đảo chiều sơ 2 bộ biến đổi điều khiển riêng ta có mạch lực như sau b2 b1 i2L i1L t t3 t2 i t1 iLd Ed E Tại một thời điểm chỉ xung phát vào cả 1bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung này được quy định bởi các tín hiệu logíc b1 và b2. Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả bằng đồ thị thời gian. trong khoảng thời gian 0đ t1, BĐ1 làm việc ở chế độ nghịch lưu với góc α1 p/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phéơ, động cơ được hãm tái sinh, nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống. * tính chọn thiết bị mạch lực Với sơ đồ là chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn ta có Ud = Sử dụng máy biến áp để có U2 = 110V Uđm = 220V ứng với Ung = 75m/ph ở hành trình thuận tốc độ 40m/ph thì Uth = 117V. Giới hạn điều khiển là α= 630 1480 Tính toán chọn van Un max thuc= knv.U2 Trong đó knv = ; U2 = 110V → Unv = .110 = 156 V Unv max = Dòng điện: Itbv max t = Itbv max t = ( 0,20,3)Itbv max Itbv max = Thyristor : chọn loại DCR604SR0404 với các thông số Itb max = 580 A Un = 400 V Ig = 150 mA Ugmax = 3V Irmax = 30mA Ih max = 250 mA DUmax = 1,62V Tmax = 1250C dU/dt = 200v/s Tính chọn thiết bị bảo vệ : a. Bảo vệ quá dòng : Để bảo vệ quá dòng người ta dùng aptomat hoặc cầu chì . Nguyên tắc chọn các thiết bị này là chọn theo dòng điện với Ibv = (1,1á 1,3) Ilv ở đây Ilv = 71 A → Ibv = 78 á 92 (A) b. Bảo vệ quá nhiệt: Khi van bán dẫn làm việc có sụt áp DU nên có tổn hao công suất P = DU.Ilv .Tổn hao công suất này sinh ra nhiệt Pđ = 1,4 . 287 = 401,8 (W) PT = 1,6 . 287 = 459,2(W) Các van này đều có P ≥ 100W nên cần có quạt làm mát cưỡng bức . Khi có quạt đối lưu cho phép làm việc với dong tối đa bằng 70%Iđm Bảo vệ quá áp : Những yếu tố ảnh hưởng lớn nhất tới van bán dẫn mà chúng ta cần có phương thức bảo vệ là : + Điện áp đặt vào van lớn quá thông số của van + Xung điện áp do chuyển mạch van +Xung điẹn áp từ phía lưới xoay chiều , nguyên nhân thường gặp là do cắt tải có điện cảm lớn trên đường dây +Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải Với số liệu cụ thể của bài toán này ta chỉ cần thiết kế bảo vệ xung điện áp khi chuyển mạch van bán dẫn . Để bảo vệ xung điện áp do quá trình đóng cắt các van dùng mạch R_C mắc song song với van Nguyên lý hoạt động : - Dòng điện ngược chảy qua tiristor mỗi khi nó chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoá. - Dòng điện ngược suy giảm khá nhanh ,tốc độ suy giảm đạt tới 10(A/s) dẫn đến quá điện áp với tiristor đang chuyển sang trạng thái khoá . Uqđa=L. Khi du/dt lớn thì tạo nên dòng i= C rất lớn qua tụ nhờ điện cảm biên độ dòng điện đó bị hạn chế tức là hạn chế .Đó là mạch RC trợ giúp chuyển mạch ,nó nó cũng hạn chế được đỉnh của điện áp cảm ứng trong quá trình dẫn ngược của tisristor. Khi tisristor mở tụ điện sẽ phóng điện áp qua tisristor. Nguời ta có thể hạn chế bằng điện trở R . Từ kinh nghiệm ta chọn R = 20W ; C = 0,5F 2. Tính toán máy biến áp công suất tối đa của máy biến áp Pmax = Udo.Id = 257,3.287 = 73,845 kW công suất biến áp nguồn S = k.Pmax = 1,05 . 73,845 = 77,537 kVA tiết diện trụ QFe = kQ. trong đó : -kQ : hệ số phụ thuộc phương thức làm mát (chọn kQ = 6) - m : số trụ của máy biến áp (m = 3) - f : tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50Hz) QFe = 6. =136.4(cm2) Số vòng dây mỗi cuộn W1 = = 84(vòng) W2 = W1/kba = .84 = 24(vòng) chương III tính toán mạch điều khiển sơ đồ tổng quát mạch điều khiển xung răng cưa Rhc xung chùm 1.Khâu tạo điện áp răng cưa a . Nguyên lí hoạt động: Điện áp từ mạch chỉnh lưu được đưa vào đầu vào đảo của OA1. Điện áp này được so sánh với điện áp đặt.Đầu ra của AO1 là xung 2 cực tính. Khi điện áp tại a dương điôt D3 khoá tụ C phóng. Khi điện áp tại a âm tụ C nạp điện. Đồ thị của quá trình phóng nạp được biểu diễn trên đồ thị Tính toán cụ thể: Chọn các IC là HA741. nguồn nuôi là nguồnmọt chiều Ecc = 15v Chọn biên độ điện áp sau chỉnh lưu là 20V, điện đặt là 1V . Độ lệch của điện áp răng cưa so với điện áp lưới là: 1 = 20.Sin → = 30 Vậy phạm vi điều khiển là 30á 1770 Phương trình mô tả quá trình phóng của tụ là: Up = (-)t Phương trình mô tả quá trình nạp của tụ là : Un= - Điện áp lưới có tần số 50Hz nên chu kỳ T = 20ms.Chu kỳ xung tam giác T = 10ms Giá trị đỉnh của điện áp răng cưa bằng điện áp của điôt Dz . Chọn Dz có UDz = 10V Thời gian phóng của tụ là tp = T = 9,5ms Thời gian nạp của tụ là tn = 10 - 9,5 = 0,5ms Ta có ở quá trình phóng: (-).0,5 = -10 Coi các IC là lí tưởng thì Ua =- Ecc = 15V → ().0,5 = 10 ở quá trình nạp: = 10 Chọn E2 = 15V, ta có hệ: ()0,5 = 10 = 10 → = 200/9,5 → = 20 = 10/9,5 Chọn C = 0,47F R3 = 3,2k, R2 = 160 Chọn R1 = R1, = 10k, chọn biến trở VR = 100K Chọn R = 1K 2.Khâu tạo xung chùm: Nguyên lí hoạt động: Giả sử tại 0 0 đồng thời tụ C1 được nạpqua R34. Un = Uc tăng cho đến khi Un = Up thì điện áp đầu ra lật từ dương xuống âm. Lúc này qua các mạch hồi tiếp ta có Up < 0 đồng thời tụ C1 phóng điện. Un = Uc giảm cho đến khi Un = Up thì điện áp đầu ra lại lật từ âm lên dương. Quá trình cứ tiếp diễn như thế. b.Tính toán cụ thể: Chọn Ecc = 15V, coi IC là lí tưởng, ta có Ura max = 15V Chu kỳ xung đầu ra là : T = 2R34C1.ln(1+) Chọn tần số xung điều khiển Thyristor là fx = 10kHz → T = Tx = Chọn R32 = 22K, R33 = 33K, ta có: 2R34C1.ln(1+) = chọn R34 = 12K → C1 = 4,9nF 3.Khâu khuyếch đại xung : a.Nguyên lí hoạt động: Khi có tín hiệu qua R29 = đưa vào cực B của T1 thì T1,T2 mởcho tín hiệu đi qua cuộn sơ cấp của bbiến áp xung và bên phía thứ cấp xuất hiện một điện áp, qua điện trở R31 đưa vào các Thyristor R30 : điện trở hạn chế dòng colector R31 : đưa dòng điều khiển vào Thyristor. D5 :bảo vệ cuộn dây BAX khi T1,T2 khóa đột ngột. D6 : ngăn chặn xung âm đưa vào Thyristor. D7 : bảo vệ Thyristor khi khóa. b.Tính toán cụ thể: Điện áp thứ cấp biến áp xung là: U2 = Ug +IgR31 + DUD6 Chọn R31 = 4W Có Ug = 3V, Ig = 0,15A, DUD6 = 1,4V → U2 = 3 + 4.0,15 + 1,4 = 5V chọn tỷ số biến đổi của báy biến áp là k = 2 → U1 = 2.5 = 10V Dòng điện sơ cấp biến áp xung là: I1 = = 0,075A Chọn Transistor: Dòng điện qua sơ cấp biến áp xung chính là dòng Ict1,Ict2 → Ict1 = Ict2 = 0,075A Chọn Transistor loại 0828 có các thông số: UBE=35V;ICE=300mA;β =10đ30.(chọn = 20) R30 = = = 66,7W ≈100W R29 = Chọn AND có Ucao = 15V IB = Ic/ = 0,075/20 = 3,75mA R29 = = 3,6K thiết kế biến áp xung: số liệu cho trước: - Điện áp điều khiển Thyristor :Ug = 3V - Dòng điện điều khiển Thyristor: Ig = 1,5A - Độ rộng xung điều khiển: tx = 50s(tương đương 30 điện) - Tần số xung điều khiển: fx = 10kHz - Độ mất đối xứng cho phép : Dα = 30 - Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển là :E = 15V - Mức sụt biên độ xung : sx = 0,15 Tính biến áp xung: chọn vật liệu làm lõi là sắt Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa có: DB = 0,3T, DH = 30A/m, không có khe hở không khí. Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: = = = 8.103(H/m) Thể tích lõi thép: V = Q.l = = 0,6 (cm3) Chọn mạch từ có thể tích 2,355cm3. Với thể tích đó ta có mạch từ với kích thước như sau: a=5mm b =5mm Q =0,25cm2 d = 25mm D = 35mm l = 9,42cm - Số vòng dây sơ cấp biến áp xung: w1 = = = 20(vòng) Số vòng dây thứ cấp biến áp xung : w2 = w1 /k = 10(vòng) 4.Khâu RI: U2 Uid Ui C2 R2 R1 R1 Hàm truyền của bộ điều chỉnh PI: R2C2 = 0,025 Chọn C2=2,5mF suy ra R2=10K ,R1=125kW U2 Uid Ui C2 R2 R1 R1 5. Khâu Rw R’w = R2C2 = 0,0512 Chọn C2 = 2,5mF đ R2 = 20,5 kW, R1 = 82W 6.Thiết kế sensor đo tốc độ Chọn máy phát có điện áp phát ra một chiều Uph=100V Vậy chọn Rt=10W để đạt Uw=10V Tw=0,001=RC Chọn R=90 W C=0,001/90=11mF 7.Mạch tạo điện áp chủ đạo Ban đầu động cơ được cấp điện áp điều khiển dương (quay thuận). Khi gặp công tắc hành trình T, điện áp điều khiển đổi sang âm.Góc điều khiển α tăng lên lớn hơn 900, động cơ chuyển sang chế độ hãm. Khi tốc dộ về dến 0 động cơ đảo chiều quay và chuyển sang chế độ quay ngược. X1, X2, X3, X4 là các rơle điện tử làm nhiệm vụ thay đổi cấp tốc độ động cơ Urđk Urhc 10V 10K 7,8K 60K Urhc Urđk D 10K Uđ 8. Khâu hạn chế: chương IV tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền động điện 1.Mô tả động cơ : Tương tác qua dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo ra mô men điện từ có giá trị (1) Do mô men điện từ kéo cho phần ứng quay nên các dây quấn phần ứng quét trong từ thông và trong các dây quấn cảm ứng sức điện động. (2) Với động cơ một chiều: w -Mc M K Kf -E U UK Mô hình chung: U(p)=Rư.Iư(p)+Lư.p.Iư(p)+E(p) UK(p)=RkIk(p)+Nk.p.f(p) Tư=Lư/Rư J:mô men quán tính đưa các phần chuyền động quy đổi về trục động cơ Từ các phương trình trên ta xây dựng được sơ đồ cấu trúc của động cơ như hình trên k Khi =const ta có Eb k -Mc Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ: (s) Mômen quán tính: JHT=3JƯ=3.20,4=61,2 (kgm2) Hằng số thời gian cơ học: (s) Ta thấy Tc >>Tư .Khi Eb thay đổi thì I thay đổi ngay nhưng I thay đổi thì E chưa thay đổi ngay ta tuyến tính hoá ( loại ra khỏi hệ). Eb I E Từ đó ta có mô hình mạch phần ứng động cơ điện một chiều khi bỏ qua quá trình quá độ của động cơ 2.Thiết kế hệ điều chỉnh Để đáp ứng được các chỉ tiêu công nghệ trong hệ điều khiển tự động truyền động điện của hệ truyền động máy bào giường ta sử dụng 2 mạch vòng điều chỉnh: w Id I MC Rw S0w SOI RI + Mạch vòng điều chỉnh dòng điện – ổn định mômen + Mạch vòng điều chỉnh tốc độ – ổn định tốc độ Sơ đồ cấu trúc: - Mạch điều chỉnh dòng điện ( mạch vòng trong ) là mạch vòng cơ bản có tính chất quyết định tới chất lượng điều chỉnh của hệ thống vì mạch điều chỉnh dòng điện ảnh hưởng trực tiếp tới Mômen kéo của động cơ,gia tốc của động cơ và chức năng bảo vệ hệ truyền động. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh dòng điện: I -E Si Uiđ RI FX, ML FBD Khâu phát xung thường được mô tả bởi một khâu quán tính Wfx = Khâu chỉnh lưu Wcl = FBĐ = Wfx.Wcl = Kcl = Tđk = 0,002 s (chọn) Tvo = ms = 0,00333s Sensor đo dòng điện Si: Ki = Ti = 0,001s(chọn) Hàm truyền của mạch vòng dòng điện: Vì Tđk,Tv0,Ti là các hằng số thời gian rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ Tư nên nếu đặt : Ts= Tđk + Tv0 + Ti = 0,002 + 0,00333 + 0,001 = 0,00633 (s) ta có thể có S0I(p) ở dạng gần đúng như sau: (Ts<<Tư) áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI Cuối cùng hàm truyền của mạch vòng dòng điện thu được là: Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ (mạch vòng ngoài ) dùng điều chỉnh tốc độ và giữ độ chính xác tĩnh của hệ thống Mc Uwđ Rw Kfđm _ _ Sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh tốc độ: w Xác định các tham số của hàm truyền của Xensơ đo tốc độ: Coi gần đúng Uw=Kw.w Tw = 0,001 (s) (chọn) Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh: Trong đó áp dụng chuẩn tối ưu đối xứng ta có W(p) = Chọn =Ts Tổng hợp bằng phương pháp chuẩn tối ưu đối xứng có độ quá điều chỉnh lớn. Ta khắc phục bằng cách dưa thêm khâu quán tính vào trước nó. Hàm truyền khâu hiệu chỉnh: Whc = Sơ đồ cấu trúc của hệ Mô phỏng mạch vòng dòng điện Mô phỏng mạch vòng tốc độ emax = 85,87 đ s% = =3% eƠ = 83,33 Mô phỏng mạch vòng dòng điện có tải và có hạn dòng Mô phỏng mạch vòng tốc độ có tải và có hạn dòng Tài liệu tham khảo Truyền động điện Điều khiển tự động truyền động điện Trang bị điện cho máy gia công kim loại Đặc tính cơ của động cơ điện Mục lục Trang Lời nói đầu 1 Chương I :Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động 2 Chương II : Tính toán mạch lực 8 Chương III : Tính toán mạch điều khiển 12 Chương IV : Tổng hợp hệ điều khiều tự động truyền động điện 19 RI S0I