Đề tài Thiết kế hệ truyền động ăn dao máy mài 3A130 dùng hệ T-Đ

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.: Hình dáng chung của máy mài ………………………………………….....7 Hình 1.2. Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài………………………………………...8 Hình 1.3. sơ đồ nguyên lý máy mài tròn 3A130……………………………………...14 Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ truyền động T- Đ……………………………………….......16 Hình 2.2. Đặc tính cơ hệ truyền động T - Đ……………………………………..........17 Hình 2.3. Sơ đồ chỉnh lưu hai nũa chu kỳ với biến áp trung tính…………………......19 Hình 2.4. Giản đồ dòng điện và điện áp……………………………………………....19 Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng……………………………20 Hình 2.6. Giản đồ thời gian với điện áp……………………………………………....21 Hình 2.7. Sơ đồ mạch động lực……………………………………………………….22 Hình 2.8. Sơ đồ kết cấu lõi thép máy biến áp ………………………………………...25 Hình 2.9.Sơ đồ bảo vệ quá điện áp…………………………………………………....29 Hình 2.10. Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới………………………………………....29 Hình 3.1. nguyên lý điều khiển chỉnh lưu…………………………………………….31 Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển…………………………………………….32 Hình 3.3 khâu đồng bộ hóa phát xung răng cưa………………………………………34 Hình 3.4. Sơ đồ khâu so sánh…………………………………………………………35 Hình 3.5. Giản đồ điện áp……………………………………………………………..36 Hình 3.6 khâu khuếch đại và truyền xung…………………………………………….37 Hình 3.7 Sơ đồ mạch phát xung điều khiển…………………………………………..39 Hình 3.8 hình chiếu lõi biến áp xung………………………………………………....41 Hình 3.9. : Sơ đồ nguyên lý nguồn nuôi là đồng pha………………………………....44 Hình 3.10. Đặc tính máy xúc………………………………………………………….47 Hình 3.11. . Sơ đồ khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ……………………………..47 Hình 3.12. Sơ đồ khâu phản hồi âm dòng có ngắt…………………………………….49 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động…………………………………….....54 Hình 5.1. Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển…………………………………58 Hình 5.2. Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu……………………………………………..59 Hình 5.3 Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều……………………..………………59 Hình 5.4. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh……………...…………...62 Hình 6.1. Đặc tính cơ của hệ ….……………………………………………………...68 Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc………………………………………………………………73 Hình 7.2. Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi…………………………………………………74 Hình 7-3: Kết quả mô phỏng bộ biến đổi .....................................................................74 Hình 7.4. Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một ………………………………………….74 Hình 7-5: Kết quả mô phỏng động cơ điện một chiều..................................................75 Hình 7.6. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện……………………………………..75 Hình 7.7: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện khi khâu ngắt chưa tác động.......76 Hình 7.8: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện khi khâu ngắt tác động................76 Hình 7.9. Sơ đồ cấu trúc khâu phản hồi tốc độ.............................................................76 Hình 7.10. Kết quả mô phỏng của khâu phản hồi tôc độ..............................................77 Hình 7.11. Kết quả mô phỏng của khâu phản hồi tôc độ..............................................78 MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ MÁY MÀI TRÒN 3A130.…………………...…..7 Đặc điểm công nghệ……………………………………………………………..7 Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài ..……….....7 Truyền động chính………………………………………………………………9 Truyền động ăn dao…………………………………………………….……...10 Truyền động phụ……………………………………………………………...10 Máy mài 3A 130……………………………..……………………………….....10 Giới thiết bị điện của máy…………………………………………..……........11 Nguyên lý làm việc của sơ đồ…………………………………………………11 Liên động và bảo vệ…………………………………………...………………13 4.Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ - động cơ…..13 CHƯƠNG II - THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG...... …………….15 Giới thiệu phương án truyền động dùng hệ T - Đ ……………………..…..15 Nguyên lý điều chỉnh tôc độ hệ T - Đ…………………………………………16 Đặc tính cơ…………………………………………………………………….16 Đánh giá chất lượng hệ thống T - Đ…………………………………………...18 II. Tính chọn mạch động lực…………………………………………………….18 Lựa chọn sơ đồ mạch động lực………………………………………………..18 Lựa chọn phương án mạch lực và tính chọn các thiết bị cho mạch lực……….21 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN.......................31 I. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển………………………………………….31 Yêu cầu của mạch phát xung điều khiển............................................................31 Cấu trúc mạch điều khiển theo pha đứng……………………………………...32 Nguyên lý làm việc…………………………………………………………….33 II. Thiết kế mạch phát xung điều khiển 1. Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa…………………………………….33 2.Khâu so sánh……………………………………………………………………35 3 . Khâu tạo xung………………………………………………………………...36 III. Tính toán các thông số của mạch điều khiển……………………………….40 1. Tính biến áp xung………………………………………………………………42 2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng...........................................................................42 3. Tính chọn tầng so sánh........................................................................................43 4. Chọn khâu đồng pha ..........................................................................................44 5. Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha……………………………….45 6. Tính toán thiết kế mạch vòng tự động điều chỉnh.............................................45 7. Tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi…………………………………………51 8. Tính hệ số khuếch đại trung gian……………………………………………….52 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG…………………………………………………………………….53 I. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động …………………………………...53 1. Giới thiệu sơ đồ:……………………………………………………………….53 2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống…………………………………………………54 II. Nguyên lý làm việc của hệ thống……………………………………………...56 1. Nguyên lý khởi động………………………………………………………….56 2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ………………………………………………….56 3. Nguyên lý ổn định tốc độ……………………………………………………..58 CHƯƠNG V : XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CÂU TRÚC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG………...59 I. Đặt vấn đề……………………………………………………………………….59 II. Xây dựng Sơ đồ cấu trúc hệ thống …………………………………………...59 Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển…………………………………………..59 Mô tả toán học động cơ một chiều kích từ độc lập…. ………………………..60 Bộ khuếch đại tỷ lệ và máy phát tốc…………………………………………..62 Xây dựng sơ đồ cấu trúc……………………………………………………….62 CHƯƠNG VI : XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG………...67 I. Xây dựng đặc tính tĩnh......................................................................................67 1. Đặc tính cao nhất………………………………………………………………..67 2. Đặc tính thấp nhât……………………………………………………………….68 2. Kiểm tra chất lượng tĩnh………………………………………………………...69 II. Xét tính ổn định của hệ thống……...………………………………………...70 1. Tiêu chuẩn ổn định đại số………………...………………………………….…70 2 Xét tính ổn định……………………………………………... ……………...…71 CHƯƠNG VII : Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab…………...72 I. Giới thiệu phần mền simulink…………………………………………………72 II. Hàm truyền của các khâu 1. Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ…………………………………….…...72 2 Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện…………………... ……………..…72 3. Hàm truyền bộ biến đổi …………………………………………………….....73 4. Đặc tính động……………………………………………………………….…73 III. Mô phỏng hệ thống………………………………………………………...….73 Mô phỏng bộ biến đổi…………………………………………………..…….73 Mô phỏng động cơ điện……………………………………………………….74 Mô phỏng hoạt động mạch vòng dòng điện…………………………………..75 Mô phỏng khâu phản hồi tôc độ của hệ thống………………………………..75 Kết luận……………………………………………………………………………....77 Tài liệu tham khảo.......................................................................................................78 Lời nói đầu Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hóa. Hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu cơ khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ quá trình lao động. Việc tăng năng suất lao động máy và giảm giá thành thiết bị điện của máy là hai yêu cầu chủ yếu đối với hệ thống truyền động điện và tự động hoá nhưng chúng mâu thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn chế số lượng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá thích hợp cho máy là một bài toán khó. Đồ án Tốt nghiệp Trang bị điện với đề tài “ Thiết kế hệ truyền động ăn dao máy mài 3A130 dùng hệ T-Đ " bao gồm các nội dung sau: Giới thiệu về máy mài 3A130 Thiết kế mạch lực hệ truyền động. Thiết kế mạch phát xung điều khiển. Xây dựng và thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ truyên động Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ truyền động. Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống. Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab. . Với sự nhiệt tình giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn “ Vũ Anh Tuấn “ và các thầy cô tổ bộ môn, thầy giáo hướng dẫn và nỗ lục của bản thân em đã hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp Trang bị điện. Tuy nhiên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến nhận xét để quyển đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Vinh Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MÀI I. Đặc điểm công nghệ Hình 1.1: Hình dáng chung của máy mài Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra còn có các máy khác như : máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng v.v… Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn, trên đó kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy. Sơ đồ biểu diễn công nghệ mài được giới thiệu ở hình 1.2. Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài (h 2a), máy mài tròn trong (h 2b). Trên máy mài tròn chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài; chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng). Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết v.v… a) Máy mài tròn ngoài b) Máy mài tròn trong c) Máy mài mặt phẳng bằng biên đá d) Máy mài mặt phẳng bằng mặt đầu (bàn chữ nhật) e) Máy mài mặt phẳng bằng mặt đầu (bàn tròn) Hình 1.2: Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài 1. Chi tiết gia công 2. Đá mài 3. Chuyển động chính 4. Chuyển động ăn dao dọc 5. Chuyển động ăn dao ngang. Máy mài phẳng có hai loại: mài bằng biên đá (hình 2c) và mặt đầu (h 2d). Chi tiết được kẹp trên bàn máy tròn hoặc chữ nhật. Ở máy mài bằng biên đá, đá mài quay tròn và chuyển động tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại. Chuyển động quay của đá là chuyển động chính, chuyển động ăn dao là di chuyển của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động của chi tiết (ăn dao dọc). Ở máy mài bằng mặt đầu đá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật, chuyển động quay của đá là chuyển động chính, chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn mang chi tiết (ăn dao dọc). Một tham số quan trọng của chế độ mài là tốc độ cắt (m/s):V= 0,5d.ωđ.10-3 với d - đường kính đá mài, [mm]; ωđ - tốc độ quay của đá mài, [rad/s] Thường v = 30 ÷ 50 m/s. II. Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài 1. Truyền động chính: Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt là không đổi khi mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D = (2 ÷ 4):1 với công suất không đổi. Ở máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ÷ 80 m/s nên đá mài có đường kính lớn thì tốc độ quay đá khoảng 1000vg/ph. Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biêt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 200000) vg/ph. Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc là các bộ biến tần tĩnh bằng Tiristor. Mô men cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20% momen định mức. Mô men quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ÷ 600% momen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá. Không yêu cầu đảo chiều quay đá. 2. Truyền động ăn dao a. Máy mài tròn : Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ (điều chỉnh số đôi cực) với D = (2 ÷ 4):1. Ở các máy lớn thì dùng hệ thống biến đổi - động cơ một chiều (BBĐ-ĐM), hệ KĐT – ĐM có D = 10/1 với điều chỉnh điện áp phần ứng. Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ-ĐM với D = (20 ÷ 25)/1. Truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực. b. Máy mài phẳng: Truyền động ăn dao của ụ đá thực hiện lặp lại nhiều chu kỳ, sử dụng thuỷ lực. Truyền động ăn dao tịnh tiến qua lại của bàn dùng hệ truyền động một chiều với phạm vi điều chỉnh tốc độ D = (8 ÷ 10):1 3. Truyền động phụ: Truyền động phụ trong máy mài và truyền động ăn di chuyển nhanh đầu mài, bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát thường dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. III. Máy mài 3A 130 1. Giới thiệu thiết bị điện của máy. Trên máy có 6 động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc cấp điện áp ∆/Y-220/380V và một động cơ một chiều quay chi tiết mài. + Động cơ ĐMN quay đá mài tròn ngoài kiểu A051-4 công suất 4,5kW, tốc độ 1440 vòng/phút. + Động cơ ĐT bơm thủy lực kiểu A042-6, (1,7kW-930 v/p). + Động cơ ĐML quay đá mài lỗ kiểu A031-2, (1kW-2680 v/p). + Động cơ ĐD bơm dầu bôi trơn ở trục đá kiểu A0012-4, (0,08kW-1400 v/p). + Động cơ ĐM bơm chất lỏng làm mát kiểu A22, (0,15kW-2800 v/p). + Động cơ ĐG để gạt phoi kiểu A0012-4, (0,08kW-1400v/p). + Động cơ ĐC quay chi tiết mài; công suất 0,75kW; số vòng quay định mức là 2500 vòng/phút. Mạch điều khiển máy cấp điện áp 127V, mạch chiếu sáng cục bộ 36V. Trong công nghiệp gia công chi tiết kim loại, máy mài dùng để gia công láng sau khi gia công trên máy tiện, máy phay, máy bào, vì lượng thừa trên gia công máy mài rất ít, phạm vi lượng thừa cũng vài phần 10 ly. Gia công những chi tiết tôi mà nhiều máy khác không làm nổi. Máy mài gia công đạt độ chính xác cao do lực cắt tương đối lớn đặc biệt độ dày của lát mài mỏng vì thế không thể mài một lần mà sử dụng nhiều lần mài. 2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ:( hình 1.3 ) Đóng các aptomat A1, A2, A3. Ấn nút khởi động M1 khởi động từ KT tác động, động cơ ĐT bơm thủy lực và động cơ ĐD bơm dầu bôi trơn làm việc. Chọn chế độ mài tròn ngoài hoặc mài lỗ do vị trí của hãm cắt HC1 quyết định. Khi mài tròn ngoài, tiếp điểm HC1 39- 41 đóng, ấn nút khởi động M2, khởi động từ KMN tác động, động cơ quay đá mài ngoài ĐMN làm việc. Khi mài lỗ, tiếp điểm HC1 39- 45 đóng, ấn nút M2 khởi động từ KMT tác động, động cơ quay đá mài lỗ ĐML làm việc. Động cơ quay chi tiết ĐC có hai chế độ làm việc: Làm việc không tự động: Tiếp điểm của công tắc CT 49-51 đóng. Khống chế sự làm việc của động cơ quay chi tiết ĐC bằng nút ấn khởi động MĐ và ngừng làm việc của động cơ ĐC bằng nút dừng DĐ. Làm việc tự động: Tiếp điểm của công tắc CT 51-53 đóng. Khống chế sự làm việc của động cơ quay chi tiết bằng hãm cắt HC2. Khi ụ đá mài tiến vào chi tiết, tiếp điểm hãm cắt HC2 35-53 đóng, rơ le trung gian RTG tác động kéo theo khởi động từ KĐC tác động, động cơ quay chi tiết làm việc. Cùng lúc đó khởi động từ KH làm việc, động cơ bơm chất lỏng làm mát ĐM và động cơ tách phoi ĐG quay. Khi ụ đá lùi về phía sau, tiếp điểm của hãm cắt HC2 mở ra, rơ le trung gian RTG, khởi động từ KĐC, KH bị cắt điện làm cho động cơ ĐC ngừng làm việc. Để dừng nhanh động cơ ĐC, thực hiện quá trình hãm động năng, trong lúc máy làm việc các tiếp điểm thường kín RTG 35-61 và KĐC 61-63 mở ra, khởi động từ H không làm việc. Khi ấn nút dừng D để dừng toàn bộ máy hoặc khi ấn nút dừng DĐ hay chuyển tay gạt thủy lực đưa ụ đá lùi về phía sau, hãm cắt HC2 35-53 rơ le RTG và công tắc tơ KĐC mất điện. Khởi động từ H tác động, tiếp điểm H 50-56 đóng lại khép mạc phần ứng động cơ vào điện trở hãm Rh để hãm động năng. Hệ thống khuếch đại động cơ có tác dụng điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ H. Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Điện áp phần Ưư trên phần ứng động cơ tỷ lệ với hiệu số điện áp theo công thức : Un – Uw1 = Uư Trong đó un là điện áp phụ thuộc vào lưới điện. Uw1 là điện áp trên cuộn dây công tác W1 của khuếch đại từ. Muốn thay đổi Ưư phải thay đổi Uw1 tức là thay đổi từ hóa lỗi thép của khuếch đại từ. Cuộn dây khống chế w2 làm nhiệm vụ thay đổi mức độ từ hóa lõi thép. Trên cuộn day w2 có ba thành phần điện áp tác dụng : Điện áp trên phần ứng động cơ H là Ưư. Điện áp lấy trên chiết áp 1R – P – 2R gọi là Uz lấy từ nguồn chỉnh lưu 2B theo mạch 4 – 14 – 13 – 26 – 1. Điện áp trên điện trở 5R là điện áp phản hồi dương dòng điện phần ứng động cơ H lấy từ biến dòng TT qua chỉnh lưu 3B gọi là U1. Sức từ động tổng cộng của cuộn dây khống chế W2 là : FT = K.( Uz – Ưư + U1 ). K là hệ số tỷ lệ. Chiều dây quấn của w2 là chiều sao cho nếu điện áp Uz lớn hơn điện áp Uư thì dòng điện qua cuộn dây w2 sẽ từ hóa lõi thép khuếch đại từ. Nếu điện áp Uz + U1 nhỏ hơn điện áp Uư thì dòng điện qua cuộn dây w2 sẽ khử tù lõi thép. Khi di chuyển đầu con trượt trên điện trở P về phía đầu 14 lõi thép được từ hóa. Điện kháng của cuộn dây công tác w1 giảm làm cho điện áp rơi trên nó giảm. Như vậy điện áp đặt vào động cơ tăng lên và tốc độ động cơ tăng. Nếu dịch chuyển con trượt P về phía đầu 13 quá trình sẽ xảy ra ngược lại. Điện áp phản hồi U1 làm nhiệm vụ ổn định tốc độ động cơ. Nếu vì một lý nào đó dòng điện phụ tải của động cơ H tăng lên điện áp Uư giảm làm cho tốc độ động cơ giảm. khi đó dòng điện phía thứ cấp máy biến dòng TT tăng lên làm cho điện áp U1 tăng. Theo biểu thức tính toán thì sức từ động của cuộn dây khống chế w2 tăng từ hóa lõi thép. Điện áp Uư được phục hồi về trị số cũ và giữ tốc độ động cơ không đổi. Thay đổi trị số điện trở 5R sẽ làm thay đổi mức độ phản hồi dòng điện tức là làm thay đổi độ cứng của đặc tính cơ. Khi điều chỉnh điện trở 5R cần chú ý hai điểm : Khi tốc độ cực đại và cực tiểu của động cơ thay đổi, phải điều chỉnh lại điện trở 2R để đạt tốc độ cực đại và điều chỉnh 1R để đạt tốc độ cực tiểu.Trong khuếch đại từ còn bố trí cuộn w3 là cuộn chuyển dịch. Dòng điện của cuộn chuyển dịch lấy từ nguồn chỉnh lưu 2B. 3. Liên động và bảo vệ. Bảo vệ quá tải các động cơ bằng các rơle nhiệt. Bảo vệ ngắn mạch bằng các aptomat và cầu chì. Bảo vệ mất kích từ động cơ H bằng rơle PO. Khi động cơ có kích từ hệ thống khuếch đâị từ động cơ mới làm việc. Liên động giữa chế độ mài tròn và mài lỗ bằng hãm cắt KB. 4. Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ - động cơ a. Ưu điểm +Khả năng khởi động và làm việc tin cậy. +Thực hiện điều khiển một cách tuyến tính. +Sơ đồ thực hiện điều chỉnh bộ khuếch đại từ tương đối đơn giản. b. Nhược điểm: + Tổn hao riêng tương đối lớn, hiệu suất thấp +Phạm vi điều chỉnh hẹp + Độ chính xác không cao, tính trễ lớn + Kết cấu của sơ đồ còn cồng kềnh, chi phí đắt, không phổ biến. Vậy để khắc phục được những nhược điểm trên mà vẫn đảm bảo yêu cầu của công nghệ của máy ta phải thay thế bởi phương án truyền động mới. Đ5 Bơm nước Đ2 Dầu Đ1 Thủy Lực Chạy Bơm Chạy ụ mài Hình 1.3 : sơ đồ nguyên lý máy mài tròn 3A130 Chương II : THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG I. Giới thiệu Phương án truyền động dùng hệ T - Đ Hệ T- Đ động cơ một chiều là hệ truyền động mà bộ biến đổi điện là các mạch chỉnh lưu tirsistor dùng để làm nguồn điều chỉnh điện áp để cấp cho phần ứng hoặc cho cuộn kích từ của động cơ. Điện áp được điều chỉnh bằng cách biến đổi thời gian làm việc của van trong khoảng thông. Trong thực tế ta dùng các loại van có điều khiển hạn chế, nghĩa là có thể điều chỉnh thời điểm đầu của khoảng thông, nhưng không thể ngắt mạch khi dòng điện chưa giảm về không. Do đó việc điều chỉnh điện áp bộ biến đổi van được thực hiện bằng cách biến đổi thời điểm thông van. Việc rút ngắn thời hạn trạng thái thông của van trong những khoảng dẫn được đặc trưng bởi góc thông α. Trị số trung bình của điện áp và dòng điện bộ biến đổi được xác định bởi các thông số của nó và sơ đồ nối dây. Trong thực tế có rất nhiều sơ đồ khác nhau tuy nhiên theo nguyên lý và cách thiết lập, tất cả sơ đồ chia thành hai loại : các sơ đồ có đầu không ( còn gọi là sơ đồ tia, sơ đồ một nữa chu kỳ ) và các sơ đồ cầu ( còn gọi là sơ đồ hai nữa chu kỳ ). Trong các sơ đồ có đầu không, điện áp chỉnh lưu là một nữa sóng của hẹ điện áp xoay chiều. Trong các sơ đồ cầu, điện áp được chỉnh lưu là cả hai nữa sóng của hệ điện áp xoay chiều. Đặc điểm của các sơ đồ một nữa chu kỳ là ngoài các thời gian chuyển mạch các van ứng với γ ( là các khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầu làm việc ) dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở. Do đó dòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động pha đang làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được xác định bởi độ sụt áp bên trong pha đó. Ở sơ đồ cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch, vẫn có hai van làm việc đồng thời, dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha máy biến áp dưới tác dụng của hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới tác dụng của sức điện động dây. Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc Hiện nay Tiristor được dùng phổ biến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ, tổn hao ít, tác động nhanh. Nguyên lý để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ truyền động T- Đ Thay đổi điện áp điều khiển Uđk trên đầu vào của khối tạo xung, thời điểm tạo xung sẽ thay đổi dẫn đến góc mở α thay đổi dẫn đến điện áp ra của chỉnh lưu đặt lê phần ứng động cơ Ud thay đổi dẫn đến thay đổi được thông số đầu ra của động cơ 2. Đặc tính cơ của hệ thống a. Chế độ dòng liên tục : Phương trình đặc tính cơ Thay đổi góc điều khiển a = ( 0¸) điện áp của chỉnh lưu và ta được đặc tính họ song song nằm 1/2 bên phải hệ tọa độ (M0w). Những đặc tính đó không thuộc nửa bên trái là do các van không cho dòng điện phản ứng đổi chiều. Khi đó tốc độ không tải lý tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển a. Và độ cứng đặc tính cơ : b. Chế độ dòng gián đoạn : Phương trình đặc tính cơ : Khi làm việc ở chế độ dòng gián đoạn đường đặc tính cơ không là đường thẳng mà là đường cong có độ cứng thấp hơn . Biên giới vùng dòng điện gián đoạn là dòng phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng gián đoạn chính là tập hợp đường trạng thái biên độ. Khi thay đổi gúc a = ( 0 ) gần đúng là đường elip có các trục chính là trục tọa độ. Họ đặc tính cơ như hình vẽ : Hình 2.2 : Đặc tính cơ hệ truyền động T - Đ 3. Đánh giá chất lượng hệ thống Ưu điểm : - Tăng phạm vi điều chỉnh tốc độ. - Nâng cao hệ số cos. - Khắc phục đặc tính trễ. - Độ tác động nhanh cao, tổn thất ít, giảm tiếng ồn, hiệu suất lớn có khả năng điều chỉnh trơn (8-1)với phạm vi điều chỉnh rộng (D = 102 – 103 ). - Có thể thiết lập hệ tự động phòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải thiện điều kiện làm việc của hệ. - Giá thành thiết bị rẻ, có mặt phổ biến trên thị trường. Nhược điểm : Khả năng linh hoạt khi đổi trạng thái làm việc không cao, khả năng quá tải về dòng và áp của van kém sức điện động của bộ biến đổi có biên độ đập mạch lớn gây tổn hao phụ trong động cơ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp của động cơ làm xấu điện áp nguồn. II. Tính chọn mạch động lực. 1. Lựa chọn sơ đồ nối dây mạch động lực của bộ chỉnh lưu. Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều , bộ biến đổi điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có sđđ Ed phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp. Đối với truyền động ăn dao máy mài tròn có công suất nhỏ,nguồn cấp là lưới điện một pha nên ta chỉ xét sơ đồ cầu một pha và sơ đồ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ có biến áp trung tính. a. Sơ đồ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ có biến áp trung tính Sơ đồ mạch điện : Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ với biến áp trung tính Theo sơ đồ hình 2.3, biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, có thể coi đây là sơ đồ chỉnh lưu một nữa chu kỳ hoạt động dịch pha nhau 1800 . Ở mỗi chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua. Cho nên cả hai nữa chu kỳ sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn. điện áp tải đập mạch trong hai nữa chu kỳ, có tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều. Hình dạng các đường cong điện áp và dòng điện tải, dòng điện các van bán dẫn I1, I2 và điện áp trên van T1 khi tải điện cảm Hình 2.4: Giản đồ dòng điện và điện áp Ưu, ngược điểm của sơ đồ : so với chỉnh lưu nữa chu kỳ chỉnh này có chất lượng điện áp tốt hơn. Dòng điện qua van không lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Đối với chỉnh lưu có điều khiển thì sơ đồ này việc điều khiển các van tương đối đơn giản. Tuy vậy việc chế tạo máy biến áp với hai cuộn dây thứ cấp giống nhau mà mỗi cuộn chỉ làm việc một nữa chu kỳ, làm cho việc chế tạo máy biến áp phức tạp hơn. Mặt khác điện áp ngược của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất, làm cho vệc chon van bán dẫn khó chon hơn. b.Sơ đồ cầu một pha. Sơ đồ mạch điện: Hình 2.5 : Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng Hoạt động của sơ đồ : Trong nữa chu kỳ UAB> 0, điện áp anot của Tiristor T1 dương (catot T2 âm), nếu có xung điều khiển cho cả hai van T1, T2 đồng thời, thì các van này sẽ được dẫn để đặt điện áp lưới lên tải. Điện áp tải một chiều còn trùng với điện áp xoay chiều chừng nào các Tiristor còn dẫn (khoảng dẫn của Tiristor tùy thuộc vào tính chất của tải). Đến nữa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu (UAB<0), anot của Tiristor T3 dương, catot T4 âm, nếu có xung điều khiển cho cả hai van T3,T4 đồng thời thì các van này sẽ được dẫn để đặt điện áp lưới lên tải, với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nữa chu kỳ trước. Mạch chỉnh lưu cầu một pha có thể không dùng máy biến áp, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải, nếu tăng giá trị góc điều khiển thì điện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại nếu giảm góc điều khiển thì điện áp trung bình sẽ tăng, giá trị điện áp trung bình ra tải là ứng với dòng điện trung bình qua tải với . Với sơ đồ này ta nhận được điện áp, dòng trên tải và van ở dạng sau: u t Hình 2.6 : Giản đồ dòng điện và điện áp Ưu, nhược điểm của sơ đồ : Nhìn chung chỉnh lưu cầu có điều khiển một pha có điện áp chỉnh lưu tương dương như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. Chất lượng điện một chiều như nhau, dòng điện làm việc các van bằng nhau nên việc ứng dụng tương đương nhau. Mặc dù vậy chỉnh lưu cầu một pha có ưu điểm hơn ở chỗ : điện áp ngược trên van bé hơn, máy biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn . 2. Lựa chọn phương án mạch lực và tính chọn các thiết bị cho mạch lực Đối với máy mài 3A130 động cơ một chiều quay chi tiết không yêu cầu đảo chiều quay và có các cấp tốc độ khác nhau với công suất nhỏ 0,75 kw, so sánh ưu nhược điểm của các bộ chỉnh lưu hai nữa chu kỳ với biến áp trung tính và sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha nên ta chọn sơ đồ nối dây của bộ biến đổi là sơ đồ chỉnh lưu cầu có điều khiển một pha. Sơ đồ động lực Hình 2.7. Sơ đồ mạch động lực Diốt D0 có tác dụng : giảm độ nhấp nhô của điện áp và dòng điện tải; tăng hiệu suất của bộ chỉnh lưu; không cho phép chế độ nghịch lưu phụ thuộc. Tính chọn các thiết bị mạch lực Sơ đồ nguyên lý mạch lực : Các thông số của động cơ một chiều quay chi tiết : Pđm= 0,75 kW, nđm= 2500 (v/p), Id = Iđm = = = 4,01 ( A ) Điện trở mạch phần ứng động cơ được tính gần đúng như sau : (W) Điện cảm mạch phần ứng động cơ được xác định theo công thức Umanxki – Lindvit : (H) = 2,6 (mH) γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù; p = 2 là số cặp cực a. Tính chọn máy biến áp : Tra bảng 2-1 trang 81 sách ĐTCS Võ Minh Chính ,, Công suất biểu kiến của máy biến áp : Số vòng dây của cuộn sơ cấp : Trong đó : , tiết diện trụ của lõi thép biến áp; - hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, chọn KQ = 6 (máy biến áp khô). (thường chọn trong khoảng 1-1,8 T tùy thuộc chất lượng tôn), với thép cán nguội chọn B = 1,5T. (vòng) Mặt khác: suy ra (vòng) Sử dụng máy biến áp có kết cấu lõi thép. Ta có: ,,,, Chọn trụ chữ nhật với các kích thước : Mô hình lõi thép: Hình 2.8: Sơ đồ kết cấu lõi thép máy biến áp Suy ra : Chọn : ; (mm2); Chọn : d2 = 1,56mm, d2cd = 1,645 mm d1 = 1,6 mm, d1cd = 1,685 mm Chọn chiều dày cách điện Tính số vòng dây của cuộn sơ cấp trên mỗi lớp : (vòng/lớp) Số lớp cần quấn ở cuộn dây sơ cấp : (lớp) Bề dày cuộn dây sơ cấp : Tính số vòng dây của cuộn thứ cấp trên mỗi lớp : (vòng/lớp) Số lớp cần quấn ở cuộn dây thứ cấp : (lớp) Bề dày cuộn dây thứ cấp : Tổng bề dày các cuộn dây : B = Bs + BT +…+ cdt + cdn + cd12 Trong đó : cdt, cdn – bề dày ccsh điện trong cùng và ngoài cùng. cd12 – khoảng cách cách điện giữa các cuộn dây. B = 9,5 +8,9 +1 +1 +1 = 21,4 mm < c =23mm. Vậy kết cấu của lõi hép máy biến áp ta chọn là phù hợp với điện áp ra là: . b. Tính chọn Tiristor Điện áp ngược lớn nhất đặt lên Tiristor : Điện áp ngược Tiristor cần chọn : Unv = kdtUUn = 1,6 . 345 = 552 (v) Dòng điện qua Tiristor : Với khd - hệ số xác định dòng điện hiệu dụng (CL cầu 1 pha ĐKĐX chọn khd =) Cần chọn Tiristor có : IđmT = ki IT = 1,2.2,84 = 3,408 (A) Ta chọn hệ số dự trữ điện áp và dòng điện kdtU = 1,6 ; ki = 1,2 Từ các thông số Unv, IđmT ta chọn loại Tiristor TLS106-6 với các thông số : Ký hiệu Tiristor Un (v) Iđm (A) Ipik (A) Ig (µA) Ug (v) Ih (A) Ir (A) ∆U (v) dU/dt v/s tcm (µs) Tmax (°C) TLS106-6 600 4 35 200 1 5m 300 1,9 10 40 110 Trong đó : Un – Điện áp ngược cực đại; Ir – Dòng điện rò. Iđm – Dòng điện làm việc cực đại; ∆U- Sụt áp trên Tiristor ở trạng thái dẫn. Ipik – Dòng điện đỉnh cực đại; dU/dt – Đạo hàm điện áp. Ig - Dòng điện xung điều khiển; tcm - Thời gian chuyển mạch. Ug – Điện áp xung điều khiển; Tmax – Nhiệt độ làm việc cực đại. Ih - Dòng điện tự giữ. c. Tính chọn các thiết bị bảo vệ Các tiristor là các linh kiện bán dẫn công suất lớn nên cần được bảo vệ tốt khi chúng làm việc trong mạch điện, chống các sự cố bất ngờ. Đối với các hệ thống dùng tiristor có 2 loại bảo vệ: - Bảo vệ các tiristor khỏi bị hỏng. Đó là các bảo vệ khỏi quá tải, ngắn mạch khỏi quá áp và độ tăng trưởng dòng quá mức. - Bảo vệ hệ tiristor không bị ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài cũng như không gây nhiễu cho các hệ thống khác. Đó là các bảo vệ khỏi độ tăng trưởng điện áp quá mức và chống nhiễu cho radio. d. Bảo vệ quá điện áp : Do quá trình đóng cắt các Tiristor được thực hiện bằng cách mắc R-C song song với Tiristor. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngược, gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anot và catot của Tiristor. Mạch R – C thường được dùng để bảo vệ quá điện áp nhờ quá trình nạp tụ C. Mạch R – C mắc song song với tiristor để chống quá áp khi dịch chuyển.(Theo tài liệu trang bị điện điện tử công ngiệp trang 189 Vũ Quang Hồi). Hình 2.9. Sơ đồ bảo vệ quá điện áp Ta có thể chọn gần đúng giá trị : R = (5 - 30)W; C = (0,25- 4)mF Chọn :R1 = 5 (W); C1 = 0,25mF Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện ta mắc R-C như hình 15, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung nằm hoàn toàn trên điện trở đường dây. Hình 2.10 : Mạch R-C bảo vệ điện áp từ lưới Tính chọn Diot đệm : (Thoả mãn điều kiện) Ta chọn Diot B – 10 Liên Xô cũ chế tạo. d. Tính chọn cuộn kháng lọc Chọn góc mở cực tiểu amin = 100. Với góc amin là dự trữ để có thể bù được sự giảm điện áp lưới. Khi góc mở nhỏ nhất a = amin thì điện áp trên tải lớn nhất : Udmax = Ud0.cosamin và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = nđm. Khi góc mở lớn nhất a = amax thì điện áp trên tải là nhỏ nhất : Ud min = Ud0.cosamax và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin. Ta có : αmax = arccos Trong đó Udmin được tính như sau: RưS = Rư + RBA = 4,11 + 1,62 =5,73 (W) Điện trở của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 750C : R1 = ρ. = 0,02133 . = 0,65 ( Ω ) Với : r75 = 0,02133 (W.mm2/m). Điện trở cuộn thứ cấp máy biến áp ở 750C : R2 = ρ. = 0,02133 . = 0,82 ( Ω ) Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp : Rư = 0,5.(1 – η ). = = 0,5.0,15 . = 4,11 ( Ω ) Do đó : αmax = arccos = arccos = 82,310 Theo ĐTCS (Võ Minh Chính) Tr 118 ta có: Đảm bảo thoả mãn hệ số đập mạch ra chọn Theo giả thiết : Với : Chương III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN I. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển Điều khiển tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Nội dung của phương pháp này có thể mô tả theo sơ đồ hình 3.1 như sau. Khi điện áp xoay chiều hình sin đặt vào anod của tiristor, để có thể điều khiển được góc mở α của tiristor trong vùng điện áp + anod, ta cần tạo một điện áp tựa tam giác, ta thường gọi điện áp tựa là điện áp răng cưa URC. Như vậy điện áp tựa cần có trong vùng điện áp dương anod. Dùng điện áp một chiều UĐK so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm ( t1, t4 ) điện áp tựa bằng điện áp điều khiển bằng nhau ( URC = UĐK ), trong vùng điện áp dương anod thì phát xung điều khiển Xđk. Tiristor được mở từ thời điểm có xung điều khiển ( t1, t4 ) cho tới cuối bán chu kỳ ( hoặc cho tới khi dòng điện bằng 0 ) Hình 3.1 : nguyên lý điều khiển chỉnh lưu 1. Yêu cầu của mạch phát xung điều khiển. Tạo ra các xung vào ở những thời điểm mong muốn để mở các van động lực của bộ chỉnh lưu. Tiristor chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dương đặt trên Anốt và có xung áp dương đặt vào cực điều khiển không còn tác dụng. Chức năng của mạch điều khiển : - Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristor. - Tạo ra được các xung đủ điều kiện mở tiristor, xung điều khiển thường có biên độ từ 2 – 10 V, độ rộng xung tx = 20 – 100 (ms). Biểu thức độ rộng xung: Trong đó: Iđt là dòng duy trì của tiristor. di/dt : tốc độ tăng trưởng của dòng tải. Đối tượng cần điều khiển được đặc trưng bởi đại lượng điều khiển là góc a. 2. Cấu trúc mạch điều khiển theo pha đứng. Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển Khối 1: là khối đồng bộ hoá và phát xung răng cưa, khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ và phát ra điện áp hình răng cưa. Khối 2: là khối so sánh, có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu điện áp Urc và Uđk để phát ra xung điện áp đưa tới mạch phát xung. Khối 3 : là khối tạo xung có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiển đưa tới các cực điều khiển tiristor. U : là điện áp lưới xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Urc : Điện áp tựa thường có dạng hình răng cưa lấy từ đầu ra khối ĐBH&PXRC. Uđk: Điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều được đưa từ ngoài vào dùng để điều khiển giá trị góc a. UđkT : Điện áp điều khiển tiristor là chuỗi xung điều khiển lấy từ đầu ra hệ thống điều khiển (cũng là đầu ra của khâu truyền xung) và được truyền đến điện cực điều khiển G và K của tiristor. 3. Nguyên lý làm việc. Điện áp cấp cho mạch động lực BBĐ được đưa đến mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa của khối 1. Đầu ra của mạch đồng bộ hoá có điện áp hình sin cùng tần số với điện áp nguồn cung cấp và được gọi là điện áp đồng bộ. Điện áp đồng bộ được đưa vào mạch phát xung răng cưa để tạo ra điện áp răng cưa cùng tần số với điện áp cung cấp. Điện áp răng cưa và điện áp điều khiển ( thay đổi được trị số ) đưa vào mạch so sánh sao cho cực tính của chúng ngược nhau. Tại thời điểm trị số hai điện áp này bằng nhau thì đầu ra của mạch so sánh thay đổi trạng thái, xuất hiện xung điện áp. Nhu vậy xung điện áp có tần số xuất hiện bằng với tần số xung răng cưa, bằng tần số nguồn cung cấp. Thay đổi trị số nguồn điều khiển sẽ làm thay đổi thời điểm xuất hiện xung ra của mạch so sánh, xung này được đưa đến cực điều khiển Tristor để mở van. Do xung đầu ra của mạch so sánh không đủ độ rộng và biên độ mở van, vì vậy phải sử dụng thêm mạch khuyếch đại và truyền xung. Nhờ đó mà các xung ra của mạch này đủ điều khiển mở chắc chắn các Tristor. II. Thiết kế mạch phát xung điều khiển 1. Mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa. Nhiệm vụ: Tạo ra 1 hệ thống các xung có dạng răng cưa tuyến tính xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cấp cho sơ đồ chỉnh lưu. Khâu đồng bộ hoá: Để tạo ra điện áp đồng bộ với điện áp xoay chiều cấp cho mạch chỉnh lưu. Ta có thể sử dụng các mạch phân áp bằng điện trở hay kết hợp giữa điện trở và điện dung, điện cảm. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là không cách ly được điện áp cao giữa mạch điều khiển và mạch động lực, do vậy ít được sử dụng. Phương pháp phổ biến hiện nay là sử dụng biến áp đồng bộ trong đó cuộn sơ cấp được nối vào lưới còn thứ cấp là điện áp đồng bộ. Khâu phát xung răng cưa : Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu và điều khiển được thời điểm xuất hiện xung trong mỗi chu kỳ, ta phải sử dụng các mạch phát xung phát ra điện áp dạng răng cưa. Đó là mạch đồng bộ hoá và phát xung răng cưa. Có rất nhiều loại mạch điện để tạo ra xung răng cưa nhưng trong trường hợp này chọn khâu đồng bộ hoá sau : Thiết bị của mạch gồm : - BAĐ là máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha gồm một cuộn dây pha sơ cấp và hai cuộn dây pha thứ cấp có cực tính ngược nhau. Để lấy tín hiệu đồng bộ và hai cuộn dây pha thứ cấp còn lại độc lập với hai cuộn dây trên dùng để cung cấp điện áp nguồn nuôi cho mạch điều khiển. - Trên mạch ra của cuộn dây thứ cấp lấy tín hiệu đồng bộ có các phần tử là mạch tạo điện áp răng cưa, trong đó : + Mạch gồm Tr1, ĐZ, R4, R1, R2, biến trở R3, C1 + IC thuật toán A1, A2. Hình 3.3 : khâu đồng bộ hóa phát xung răng cưa Nguyên lý làm việc của khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa : Điện áp vào đầu sơ cấp máy biến áp có dạng hình sin trùng pha với điện áp anot của tiristor qua khếch đại thuật toán A1 tạo xung chữ nhật đối xứng Ub, phần dương của điện áp chữ nhật qua Đz tới A2 tích phân thành điện áp tựa Urc. Còn phần âm của xung điện áp làm tranzitor mở nên A2 bị ngắn mạch, điện áp Urc = 0, trong vùng điện áp Ub âm . trên đầu ra của A2 chúng ta có chuỗi điện áp Urc gián đoạn. 2.Khâu so sánh. Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện áp Urc và điện áp Udk, tìm thời điểm hai điện áp này bằng nhau (Urc = Udk ). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau, thì phát xung ở đầu ra để gửi sang tầng khuếch đại. Việc so sánh ta chọn dùng khuếch đại thuật toán vì KĐTT có hệ số khuếch đại vô cùng lớn, chỉ cần một tín hiệu nhỏ ở đầu vào, đầu ra có tín hiệu điện áp nguồn nuôi, nên chọn KĐTT là hợp lý. Hình 3.4 :Sơ đồ khâu so sánh + Thiết bị của mạch gồm : - IC1 là IC khuyếch đại thuật toán có nhiệm vụ khuyếch đại và so sánh tín hiệu URC và Uđk. URC là điện áp răng ca có chu kỳ theo điện áp thuận đặt lên các van ở mạch động lực, còn Uđk là điện áp điều khiển. - Điện trở R1, R2. + Nguyên lý làm việc : Các điện áp răng cưa URC và điện áp điều khiển Uđk được đưa vào mạch so sánh với cực tính khác nhau. Cụ thể trên sơ đồ ta có URC > 0 còn Uđk < 0 , IC thuật toán làm nhiệm vụ so sánh và tại thời điểm thì đầu ra khối so sánh Ura sẻ thay đổi trạng thái cụ thể : Khi : Ura < 0 < 900 : Ura > 0 > 900 : Ura đổi chiều. Như vậy điện áp của khâu so sánh là dạng xung có 2 mức bão hào dương và bão hoà âm .các xung điện áp này được đưa tới đầu vào khâu tạo xung Quá trình này được mô tả trên giản đồ điện áp của mạch điều khiển. ωt П 2П ωt Hình 3.5 :Giản đồ điện áp 3 . Khâu tạo xung. Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở tiristo. Xung mở tiristo có yêu cầu : sườn dốc thẳng đứng, để đản bảo yêu cầu tiristo mở tức thời khi có xung điều khiển thì độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của tirsito, đủ công suất, cách ly mạch lực và mạch điều khiển. Trong thực tế xung điều khiển chỉ có độ rộng xung bé, mà thời gian mở thông tranzitor công suất dài, làm cho công suất cách tản nhiệt dư tranzito lớn, kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung lớn. Để giăm nhỏ công suất tỏa nhiệt tranzitor, kích thước dây quấn sơ cấp BAX ta có thể dùng thêm tụ nối tầng. Theo sơ đồ này, Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần. Đối với chỉnh lưu cầu một pha việc điều kiển đồng thời hai van T1, T3 và T2, T4 có thể thực hiện bằng nhiều cách, một trong những cách đơn giản là sử dụng biến áp xung có hai cuộn thứ cấp Sơ đồ của khâu tạo xung : Hình 3.6 : khâu khuếch đại và truyền xung Đối với một số mạch, để giảm công suất cho tầng khuếch đại và tăng số lượng xung kích mở, nhằm đản bảo tiristo mở một cách chắc chắn Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng của xung ở các kênh khác nhau... mà người ta thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công suất xung ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh chưa đáp ứng đủ các thông số yêu cầu của cực điều khiển Tiristor.Để có xung có đủ các thông số yêu cầu cần thiết ta phải thực hiện khuếch đại xung, thay đổi lại độ dài xung, trong một số trường hợp cần phải phân chia các xung, và cuối cùng là truyền xung ra của mạch phát xung đến cực điều khiển và katôt của Tiristor. Vì vậy mà ta phải sử dụng một số mạch điện để thực hiện các công việc đã nêu,các mạch này thường bao gồm: Mạch khuyếch đại xung Mạch sữa xung. Mạch phân chia xung. Mạch chuyển xung đến Tiristor (thường được gọi là thiết bị đầu ra). Toàn bộ các mạch này được ghép chung vào một khâu gọi là khâu tạo xung. tuỳ từng trường hợp cụ thể mà có thể có đầy đủ các phần mạch riêng để thực hiện đầy đủ các nhiệm vụ đã nêu, có trường hợp chỉ có một hoặc một số mạch nhất định nào đó * Thiết bị của mạch bao gồm : - R6, C2 có nhiệm vụ sửa xung. - Tr3, Tr4, D, BAX có nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực G của Tiristor. * Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung : - Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dùng máy biến áp xung BAX. Máy biến áp xung ghép giữa đầu ra của tầng khuyếch đại công suất xung với cực điều khiển G và K của Tiristor. - Khuyếch đại xung : dùng tầng khuyếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại có hệ số khuyếch đại là : trong đó là hệ số khuyếch đại của Tr3 ,Tr4) Sửa xung : Khi điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị dương, tụ C1 sẽ nạp (D2 khoá Tr3, Tr4 mở bởi xung dương theo đường + USS R6 - C1 Tr3 Tr4 - USS nên UC1 : UCC(+) điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị âm, đi ốt D2 phân cực thuận, Tr3 và Tr4 khóa, tụ C1 phóng điện ( + C1 ) R6 USS D2 (-C1) tụ C1 phóng nhanh về 0 và nạp lại với điện áp có cực tính ngựơc lại với hằng số thời gian = R6.C1. Do đó Tr3 và Tr4 không khóa lại ngay mà dần khóa lại tùy thuộc , quá trình đó gọi là quá trình sửa xung. Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thấy đổi trị số điện áp điều khiển Uđk để thay đổi góc điều khiển a thì độ dài của các xung ra của khâu so sánh thay đổi Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung điều khiển mở van Hình 3.7 : Sơ đồ mạch phát xung điều khiển III. Tính toán các thông số của mạch điều khiển Việc tính toán mạch điều khiển thường được tiến hành từ tầng khuếch đại ngược trở lên, công suất cho tầng khuếch đại để tính là thông số của cực điều khiển tiristor ( Uđk, Iđk ). Mạch điều khiển được tính xuất phát từ yêu cầu về xung mở Tiristor. Các thông số cơ bản để tính mạch điều khiển. Dòng điện điều khiển tiristor: Iđk = 0,2(A). Điện áp điều khiển tiristor: Uđk = 1 (V) Thời gian mở tiristor: tcm = 40 () Độ rộng xung điều khiển: tx = 2.tcm= 80 () Tần số xung điều khiển: fx = 3 (kHz). Độ mất đối xứng cho phép: Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển: U = (V). Mức sụt biên độ xung: sx = 0,15 1. Tính biến áp xung Chọn vật liệu làm lõi sắt là Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến, làm việc trên một phần của đặc tính từ hoá có , không có khe hở không khí. Tỷ số MBA xung thường là m = 2 – 3, ta chọn m = 3. Điện áp cuộn thứ cấp MBA xung: Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA xung: Dòng điện thứ cấp MBA xung: Dòng điện sơ cấp MBA xung: Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi thép : μtb = ΔB/μ0.ΔH = 8.103 Trong đó : μ0 = 1,25.10-6 ( H/m ) là độ từ thẩm của không khí. Thể tích lõi thép hình cầu cần có : V = Q.L = ( μtb.μ0.tx.sx.U1.I1 ).ΔB2 Thay số vào : V = 0,268.10-6 ( m3 ) = 0,268 ( cm3 ). Chọn mạch từ có thể tích V = 0,33 cm3 = 33 mm2 , với kích thước đó ta có kích thước mạch từ như sau : Hình 3.8 : hình chiếu lõi biến áp xung a = 2 mm, b = 3 mm, d = 16 mm, D = 20 mm Số vòng dây quấn sơ cấp máy biến áp xung W1 = U1.tx/ ΔB.Q = 3.80/0,3.33 = 25 vòng Số vòng dây quấn thứ cấp máy biến áp xung W2 = W1/m = 25/3 = 9 vòng Tiết diện dây quấn sơ cấp : S1 = I1/j = 0,067.10-3/6 = 0,000116 mm2 Đường kính dây quấn sơ cấp : D1 = = 0.0019 mm, chọn D1 = 0,05 mm Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = I2/j = 0,2.10-3/4 = 0,05.10-3 mm2 Đường kính dây quấn thứ cấp : D2 = = 0,008 mm, chọn D2 = 0,05 mm 2. Tính tầng khuếch đại cuối cùng Chọn transistor công suất loại 2SC9111 làm việc ở chế độ xung có các thông số: + Transistor loại p-n-p vật liệu bán dẫn Si. + Điện áp giữa colecto và Bazo khi hở mạch Emito : UCB0 = 40 v + Điện áp giữa Emito và Bazo khi hở mạch colecto : UEB0 = 4 v + Dòng điện lớn nhất ở colecto có thể chịu dựng : Icmax = 500 mA + Công suất tiêu tán trên colecto : Pc = 1,7 W + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1= 170c + Hệ số khuếch đại : β = 50 + Dòng điện làm việc của colecto : I = 33,3 mA + Dòng điện làm việc của Bazo : I = 0,66 A Chọn nguồn cung cấp cho biến áp xung là E = +12 ( V ). Tất cả các Điôt trong mạch điều khiển dều dùng loại 1N4009 có tham số sau : + Dòng điện định mức : Iđm = 10 ( A ). + Điện áp ngược trên van lớn nhất : Ung = 25 ( v ). + Điện áp để cho điôt thông mở : U = 1 ( v). 3. Tính chọn tầng so sánh Chọn khuếch đại thuật toán được chọn là loại TL 084 có thông số kỷ thuật như sau : + Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 18 ( V ) chọn Vcc = ± 12 ( V ) + Hiệu điện thế giữa hai đầu vào : ± 30 ( V ). + Nhiệt độ làm việc : T = -250c ÷ 850c. + Công suất tiêu thụ : P = 0,68 ( W ) + Tổng trở vào : R = 106 ( MΩ ) + Dòng điện ra : I = 30 ( PA ) + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : du/dt = 13 ( V/μs ) 4. Chọn khâu đồng pha Điện áp tụ được hình thành do sự nạp của tụ C, mặt khác để bảo đảm điện áp trên tụ có trong một nữa chu kỳ điện áp lưới là tuyến tính thì hằng số thời gian nạp tụ được Tr = R3.C1 = 0,005 ( S ). Chọn tụ C1 = 0,1 ( μF ), thì điện trở R3 = Tr/C1 = 5.103 ( Ω ) = 5 ( KΩ ). Chọn tranzito TR1 là loại A564 có thông số : + Transistor loại p-n-p vật liệu bán dẫn Si. + Điện áp giữa colecto và Bazo khi hở mạch Emito : UCB0 = 25 v + Điện áp giữa Emito và Bazo khi hở mạch colecto : UEB0 = 7 v + Dòng điện lớn nhất ở colecto có thể chịu dựng : Icmax = 100 mA + Nhiệt độ lớn nhất ở mặt tiếp giáp : T1= 1500c + Hệ số khuếch đại : β = 250 + Dòng điện làm việc của Bazo : I = 0,4 A Điện trở R2 để hạn chế dòng điện đi vào bazo của tranzito được chọn như sau : R2 thỏa mạn điều kiện : R2 ≥ Ung/iB = 12/0,4.103 = 30 ( KΩ ). Chọn R2 = 30 ( KΩ ) Chọn điện áp xoay chiều đồng pha : U = 9 V. Điện trở R1 để hạn chế dòng điện đi vào khuếch đại thuật toán A1, thường chọn R1 sao cho dòng vào khuếch đại thuật toán Iv < 1 mA. Do đó R1 > U/Iv = 9/1.10-3 = 9 ( KΩ ). Chọn R1 = 10 ( KΩ ). 5. Tính chọn máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha Ta thiết kế máy biến áp dùng cho cho cả việc tạo điện áp nguồn nuôi, tạo điện áp đồng pha và tạo điện áp chủ đạo Ta cần tạo ra nguồn điện áp ±12 (V ) để cấp cho biến áp xung, nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng điện, tốc độ và điện áp đặt tốc độ. Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu một pha dùng điốt điện áp thứ cấp máy biến áp và kết hợp với các IC7812 và IC7912 để tạo điện áp nguồn nuôi và điện áp chủ đạo được lấy trên biến trở. Chọn máy biến một pha 5 cuộn dây, một cuộn sơ cấp , 4 cuộn thứ cấp ( hình 3.9 ) Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812 và 7912, các thông số chung của hai vi mạch này : Điện áp đầu vào : 7 ÷ 35 ( V ) Điện áp ra : + 12 V với 7812, -12 V với 7912 Dòng điện đầu ra : 0 ÷ 1 ( A ) Tụ điện để lọc sóng hài bậc cao, chọn C = 470 μF, u = 35 ( V ) Hình 3.9 : Sơ đồ nguyên lý nguồn nuôi là đồng pha Chọn điện áp vào IC 7812 và IC 7912 là ±14 (V) U2 = = 15,55 ( V ) Chọn điện áp nguồn nuôi là U = 18 ( V ) Công suất cấp cho nguồn nuôi : Tải 2 bộ IC7812 và IC7912 và 4 Transitor loại 2SC9111 P = 1,7(w); 2IC loại TL084 ; 2 máy biến áp xung P1 = 4.1,7 + 2.0,68 + 2.0,3 = 8,76 ( W ) Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha I = 1 mA Công suất cấp cho mạch tạo điện áp đồng bộ : Pđb = 2.9.10-3 = 0,018 ( W ) Vậy: P = P1 + Pđb = 8,76 + 0,018 = 8,78 ( W ) Công suất của máy biến áp : S = 1,23.P = 1,23.8,78 = 10,8 ( VA ) Chọn mạch từ ba trụ, tiết diện mỗi trụ được tính theo công thức kinh nghiệm : Q = k. = 6. = 2,78 cm3 Trong các trụ chọn từ cảm : Bm = 1,1 tesla Số vòng dây quấn sơ cấp : W1 = = = 3564 ( vòng ) Số vòng dây quấn thứ cấp : W1 = W2 = 3564.9/220 = 145 ( vòng ) W3 = W4 = 3564.9/220 = 145 ( vòng ) 6. Thiết kế mạch vòng tự động ổn dịnh tốc độ và hạn chế dòng điện. Yêu cầu. Trong truyền động điện có rất nhiều loại tải cần ổn định các thông số đầu ra để đảm bảo chất lượng sản suất như ổn định tốc độ, mômen, dòng điện, điện áp đầu ra… Đối với các loại máy gia công kim loại trong đó có máy mài mà ta đang thiết kế thì vấn đề đảm bảo chất lượng khi gia công chi tiết là hết sức quan trọng. Với máy mài, để đảm bảo yêu cầu của chi tiết cần gia công thì trong quá trình gia công chi tiết cần có mômen cắt gọt luôn luôn không đổi. Để đảm bảo điều đó thì tốc độ của động cơ phải được giữ không đổi trong quá trình gia công, tức là cần ổn định tốc độ vì trong quá trình làm gia công đó dòng điện không đổi. Mặt khác, độ ổn định tốc độ còn liên quan đến dải điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải của hệ truyền động. Độ ổn định tốc độ càng cao thì dải điều chỉnh càng có khả năng mở rộng và dải điều chỉnh càng lớn. Với những lý do trên thì hệ truyền động cho máy mài thường yêu cầu độ ổn định tốc độ cao. Khi điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản thì độ cứng của đặc tính cơ giảm xuống làm sai số tốc độ tăng lên vượt quá giá trị cho phép do đó yêu cầu quan trọng khi thiết kế hệ thống là tìm những phương án ổn định hóa tốc độ. Biện pháp chủ yếu dùng để ổn định hóa tốc độ là làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, muốn vậy thông số điều chỉnh phải thay đổi tự động khi có sự thay đổi của tải sao cho có khả năng bù trừ lượng sụt tốc do tải gây ra. Để đạt được yêu cầu đó ta sử dụng mạch vòng phản hồi hồi tiếp tốc độ để thiết lập hệ tự động vòng kín. Mục đích của phải hồi tốc độ là làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, nhưng đồng thời nó lại làm tăng giá trị dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch, kết quả là gây nguy hiểm cho động cơ khi bị quá tải lớn và gây hỏng hóc cho các cơ cấu truyền lực bởi gia tốc quá lớn khi khởi động và hãm. Để giải quyết mâu thuẫn giữa yêu cầu về ổn định tốc độ và yêu cầu về giới hạn dòng điện ta thường dùng phương pháp phân vùng tác dụng để tạo đặc tính máy xúc. Vùng 2 Vùng 1 w w0 wng 0 Iđm Ing Ikđ Iư Hình 3.10 Đặc tính máy xúc Đặc tính được phân làm hai vùng: Vùng 1: là vùng làm việc chỉ có phản hồi tốc độ Vùng 2: là vùng hạn chế dòng điện trong quá trình hãm và khởi động, vùng này có cả phản hồi tốc độ và phản hồi dòng điện. b. Tính chọn các khâu phản hồi Ổn định hóa tốc độ trong truyền động máy mài có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện các chỉ tiêu chất lượng hệ truyền động. Biện pháp để ổn điịnh tốc độ làm việc là tăng độ cứng đặc tính cơ bằng điều khiển theo mạch vòng kín Khâu tổng hợp mạch vòng âm tôc độ Hình 3.11. Sơ đồ khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ Tín hiệu phản hồi âm tốc độ được cấp từ máy phát tốc (FT :máy phát điện một chiều có nam châm vĩnh cửu ) điện áp của nó luôn tỷ lệ tuyến tính với tốc độ cơ. So sánh giá trị đặt đầu với mức phản hồi cho tín hiệu sai lệch để ổn định tốc độ đặt của động cơ Trong đó : A5 :Khâu tổng hợp và khuyếch đại.(KCO) Tính hiệu phản hồi âm tốc được tổng hợp với tín hiệu chủ đạo thông qua khuếch đại thuật toán cho tín hiệu ra đư đến tổng hợp với khâu phản hồi âm dòng có ngắt Chọn máy phát tốc một chiều có các thông số sau: Chọn máy phát tốc TM-100-1000 có: Mã hiệu Pđm(W) Uđm(V) Iđm(A) nđm(v/ph) Rưå(Ω) 32/1YU 115 230 0,5 2500 7,34 Hệ số của máy phát tốc: = 0,093 Do điện áp ra của khuếch đại thuật toán Ur Ecc= 12V nên ta điều chỉnh biến trở Rs1 sao cho Uw 12 V. vậy g = ≤ = 0,0048; vậy chọn g = 0,0048 Khâu phản hồi âm dòng có ngắt Do khi sử dụng phẩn hồi âm tốc để ổn định tốc độ đối với chỉnh lưu tiristo thì vấn đề khi tốc độ động cơ biến thiên ngay lập tức gây nên sự tăng giảm quá mức của dòng điện phần ứng và của tiristor à không thể chấp nhận được. Do đó cần phản hạn chế dòng điện một cách tự động, ta dùng khâu phản hồi âm dòng có ngắt Trong sơ đồ : A6, A7 là các bộ khuyếch đại thuật toán. tín hiệu phản hồi dòng được lấy trên điện trở điều chỉnh R thông qua bộ biến dòng, tín hiệu phản hồi được lấy từ bộ chỉnh lưu cầu 1 pha .Sau đó vào đầu vào A7 để so sánh với Udk bởi điot D10 Khâu ngắt có tác dụng khi có quá dòng phần ứng tăng quá dòng ngắt khâu ngắt tác dụng để hạn chế dòng điện Hình 3.12 : Sơ đồ khâu phản hồi âm dòng có ngắt Chọn loại biến dòng loại 50:5 , cấp chính xác 0,5 Hệ số của biến dòng: PI = = 0,1 Chọn nguồn tạo điện áp ngắt dòng: Dòng điện cần hạn chế của động cơ được chọn theo yêu cầu khởi động với tải cụ thể. Vậy ta chọn dòng điện ngắt của đặc tính với động cơ một chiều là: Ing = 1,5.Iđm = 1,5.4,01 = 6,2 (A) Điện áp ngắt: Ung = 0,1.Ing = 0,1.6,2 = 0,62 (V). Muốn giới hạn được dòng điện Igh = 1,5.Iđm ta cần chọn nguồn cấp -E sao cho ta khống chế Ung có điện áp là 6,5 V. Điện áp phản hồi dòng điện đưa vào A6 là đầu ra A7 sau khi khuếch đại, trong quá trình khởi động thì đầu ra A7 rơi vào vùng bão hòa nên có điện áp xấp xỉ bằng điện áp nguồn cấp cho A4 là Ubh Ucc = 12V. vậy ta có: = = 1,49 7.Tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kp : Để tính hệ số khuếch đại của bộ biến đổi (Kp) ta xây dựng đặc tính biểu diễn quan hệ Ud = f(Uđk) sau đó tuyến tính hoá đặc tính này ra đặc tính hệ số góc của đoạn đặc tính đó. Hệ số của đoạn đặc tính cơ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi Kp = tgj = Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f(a) và a = f(Uđk) * Xây dựng quan hệ Ud = f(a): Coi hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục: Ud = 0,9Ud0.cosa Trong đó: Ud0 = 244 (V) là điện áp chỉnh lưu không tải của bộ biến đổi a là góc điều khiển. Cho a biến thiên từ a = (0 ¸ p/2) ta được các trị số Ud lập thành bảng sau: a 0 p/12 p/6 p/4 p/3 p/2 Ud (V) 219,6 212,1 190,17 155,2 109,8 0 * Xây dựng quan hệ a = f(Uđk) Khi thay đổi giá trị điện áp điều khiển (Uđk) thì giá trị góc điều khiển a cũng thay đổi theo. Ứng với mỗi (Uđk) khác nhau ta nhận được các giá trị của a. Căn cứ vào đồ thị của Uđk và điện áp tựa Urc, ta thấy góc a biến đổi theo Uđk với quy luật sau: a = . Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán thì tín hiệu là Urcmax = ± 14 (V) nên biên độ cực đại của Urc là Urcmax = 14 (V). Song khi thực hiện so sánh thì Urc được dịch đi sao cho Urc = 0 khi a = p/2, nghĩa là ta chỉ sử dụng nửa biên độ cực đại của Urc Þ Uđk = Cho a biến thiên từ a = (0 ¸ p/2) ta được các trị số Uđk lập thành bảng : a 0 p/12 p/6 p/4 p/3 p/2 Uđk (V) 7 5,83 4,7 3,5 2,33 0 Þ Quan hệ Ud = f(Uđk): Ud 219,4 212,1 190,7 155,2 109,8 0 Uđk (V) 7 5,83 4,7 3,5 2,33 0 Tuyến tính hoá đọan đặc tính AB, ta tính được hệ số khuếch đại của bộ biến đổi như sau. Hệ số khuếch đại trung gian. Hệ số khuếch đại của động cơ. Ta có : Kp = 31,34; g = 0,0048; Iư = 4,01 (A); RS = 5,73 (W); KD = 12,5; St £ 5% chọn St = 4%; D = 30; nđm = 2500 (v/p) thay vào công thức ta được: Tính hệ số khuếch đại trung gian kTG: ta có K = KTG.Kp.KD Þ KTG = K/ Kp .KD Chương IV: XÂY DỰNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG I. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ truyền động 1. Giới thiệu sơ đồ: Hệ truyền động van động cơ đã thỏa mãn yêu cầu sau: + Điều chỉnh tốc độ về cấp. + Tự động ổn định tốc độ, và tụ động hạn chế phụ tải có cưỡng bức. Hệ gồm hai mạch chính: Mạch động lực: Bao gồm: + Aptomat AP dùng để đống cắt nguồn điện, bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực. + Máy biến áp động lực BA. Làm nhiệm vụ cung cấp điện áp phù hợp cho chỉnh lưu đồng thời đảm bảo cách ly giữa mạch động lực và lưới điện để an toàn cho vận hành và sửa chữa. + Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha gồm 4 tiristor nhận năng lượng từ máy biến ápvà chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều cung cấp cho động cơ. + Các R-C bảo vệ quá áp cho tiristor. + Máy phát tốc: để láy tín hiệu phản hồi tốc độ cho mạch khuếch đại trung gian phục vụ quá trình duy trì và ổn định tốc độ động cơ. + Động cơ một chiều Đ : động cơ một chiều kích từ độc lập dùng để quay chi tiết mài + Mạch hãm (Rh) dùng để hãm động năng. Mạch điều khiển: Bao gồm: + Mạch khuếch đại trung gian: Làm nhiệm tổng hợp và khuếch đại mạch điều khiển làm tăng độ nhạy, độ ổn định, độ rộng phạm vi điều chỉnhcủa hệ thống ( thay đổi Uđk và thay đổi Udc => thay đổi góc mởα ). Đầu vào tổng hợp tín hiệu là tín hiệu chủ đạo và tín hiệu phản hồi âm tốc độ láy từ máy phát tốc, mạch tổng hợp tín hiệu và khuếch đại trung gian sử dụng IC khuếch đại thuật toán và tiristor. + Mạch tạo sóng răng cưa: Là mạch so sánh tín hiệu điện áp răng cưa và tín hiệu điện áp điều khiển mạch bao gồm các tiristor, tụ và các điện trở. + Mạch so sánh: tín hiệu răng cưa và tín hiệu điều khiển được đưa vào mạch so sánh nhằm tạo ra thời điểm phát xung, mạch sử dụng IC khuếch đậi thuật toán. + Mạch sửa xung và khếch đại xung: Tạo ra xung điều khiển tiristor. Máy biến áp đồng bộ tạo ra tín hiệu đồng bộ cung cấp cho các khuếch đại điều khiển, Mạch sử dụng IC khuếch đại thuật toán, tụ tranzito và các điện trở. + Mạch nguồn: Sử dụng các IC ổn áp một chiều (+12V & -12V) cung cấp cho mạch điều khiển các tụ lọc tín hiệu xoay chiều và sóng hài. Mạch phản hồi + Mạch phần hồi âm tốc độ : ổn định tốc độ quay của hệ thống + Mạch phản hồi âm dòng có ngắt : hạn chế đòng điện phần ứng vượt quá trị số cho phép 2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. Hệ truyền động điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ quay chi tiết mài có sơ đồ nguyên lý được trình bày ở hình 4.1 gồm : Động cơ truyền động quay chi tiết mài, thiết bị biến đổi - chỉnh lưu cầu một pha, thiết bị đo lường, các bộ điều chỉnh ( được gọi là phần tử điều khiển ). Tín hiệu điều khiển khiển hệ thống gọi là tín hiệu đặt THD. Động cơ một chiều kích từ độc lập được cấp năng lượng từ bộ biến đổi chỉnh lưu cầu một pha. Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng lượng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang thông tin điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi ( như điện áp, dòng điện…), Tín hiệu điều khiển lấy từ các bộ điều khiển, các bộ điều chỉnh này nhận tín hiệu sai lệch về trạng thái làm việc của hệ truyền động thông qua so sánh tín hiệu đặt và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động. Để bảo đảm chất lượng hệ thống ta sử dụng các mạch vòng điều chỉnh tôc độ và dòng điện. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền đông : Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động II. Nguyên lý làm việc của hệ thống: Nguyên lý khởi động: Muốn khởi động ta dặt Ucd và đóng hệ thống vào lưới điện thông qua Aptomat AP và công tắc tơ K Khi đó đầu vào bộ khuếch đại Uv = Ucd , có giá trị lớn nhất làm cho hệ thống khuếch đại bão hòa vì vậy Ura = Udk, có trị số lớn nhất làm cho sức điện động bộ biến đổi Ebbđ, điện áp Uư có giá trị lớn vì vậy dòng Id = có giá trị lớn nhất ( Iư = Id) Khi đó dòng Id >>Ic nên > 0tốc độ động cơ bắt đầu tăng do quán tính của động cơ, mức tăng của tốc độ quay không thể rất nhanh, cho nên trị số chênh lệch điện áp đầu vào của bộ điều chỉnh tốc độ là khá lớn -> đầu ra của nó nhanh đạt đến giá trị biên dòng điện cưỡng bức nhanh chóng tăng. Lúc Id = Im thì do tác dụng của bộ điều chỉnh dòng điện làm cho Id không thể tiếp tục tăng mạnh. Trong giai đoạn này bộ điều chỉnh tôc độ trạng thái không bão hòa đã nhanh chóng bão hòa, còn bộ điều chỉnh dòng điện không bão hòa để bảo đảm tác dụng điều chỉnh dòng điện. Iư = Quá trình cứ tiếp diễn tốc độ tăng thì dòng lại giảm nên đặc tình hở đến khi tốc độ đạt giá trị nào đó (mà Uv = Ucd – r.n động cơ có tốc độ không đổi làm việc ổn định quá trình khởi động kết thúc. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ. - Tăng tốc: Muốn tăng tốc ta tăng Ucd khi đó tốc độ chưa tăng kịp, vì vậy Uv = Ucd - ﻻn sẽ tăng. - Nếu Uv tăng ( Uvph thì phản hồi âm tốc độ vẫn tham gia và khi Uv tăng làm cho Uđk tăng và Ebbđ tăng. Vì vậy Iư sẽ tăng do đó Iư – Ic >0 => => động cơ chuyển sang làm việc có điểm Iư lớn hơn mà tốc độ chưa kịp tăng và bắt đầu n tăng từ điểm ấy, khi n tăng dòng lại giảm đến khi Iư = Ic, gia tốc hệ làm việc ổn định với tốc độ mới cao hơn. - Nếu tăng nhiều Ucd thì Uv > Uvph => hệ chuyển sang tốc độ trên đặc tính hệ hở và khi Uv tăng thì Iư tăng, gia tốc dương , khi tốc độ tăng => Uv giảm đến khi tốc độ đặt đến giá trị Uv Uvph thì phản hồi âm tốc độ bắt đầu tham gia, hệ bắt đầu chuyển sang trạng thái khởi động trên đặc tính hệ kín, n tăng dòng giảm đến khi Iư = Ic hệ làm việc ổn định với tốc độ mới cao hơn trước nhiều. - Giảm tốc độ : muốn giảm tốc đọ giảm Ucd, nên giảm nhỏ Ucd thì Uv = Ucd - ﻻn giảm, khi đó U đk giảm, góc tăng vì vậy Ebbđ giảm nên Iư = Ebbđ – Eđ giảm Trong trường hợp này ta xét với việc giảm Ucd sao cho dòng Iư không đảo dấu, khi đó Iư sẽ giảm làm cho Iư – Ic <0 nên gia tốc sẽ âm chuyển sang làm việc trên đặc tính thấp hơn nhưng đồng thời không đảo chiều và tốc độ giảm từ điểm tốc độ cố định theo đường đặc tính, khi tốc độ giảm thì dòng tăng đến khi Iư = Ic hệ làm việc ổn định ở tốc độ thấp. Khi giảm nhiều Ucd khi đó góc có giá trị lớnlàm cho Ebbđ giảm đến mức khi đó dòng Iư có xu hướng đảo chiều, nhưng bộ biến đổi chỉ cho phép dẫn dòng một chiều, cứ như vậy bộ biến đổi khóa, Iư = 0, vì vậy Mkg = Km(Iư – Ic) = Km ( 0- Ic ) . Vì vậy tốc độ sẽ giảm, quá trình này xảy ra do hãm tự dodọc theo trục tung, khi tốc độ giảm đến giá trị mà Ebbđ > Ken giảm từ dòng Tư bắt đầu tăng không theo chiều ctrên đường đặc tính ứng với Ucđ đã giảm và tốc độ làm giảm thì dòng lại tăng đến khi Iư tăng đến giá trị Iư = Ic => hệ lại làm việc ổn định với tốc độ thấp hơn rất nhiều. Nguyên lý ổn định tốc độ. Sở dĩ tốc độ động cơ được ổn định ở một tốc độ đặt nào đó vì tín hiệu điều khiển Uđk = Ucđ – γ.n Giá thiết động cơ đang làm việc ở một chế độ đặt nào đó với một điện áp Ucđ nhất định nào đó. Nếu vì một lý do nào đó tốc độ động cơ giảm xuống dẫn đến (Ucđ – γn ) tăng lên tới Uđk tăng góc mở α giảm dần xuống một giá trị nào đó dẫn đến các Tiristor mở sớm hơn nên điện áp chỉnh lưu tăng lên nên động cơ tăng tốc độ. Khi (Ucđ – γn ) giảm dẫn đến Uđk giảm góc mở α tăng nên tốc độ tăng lên nên các Tiristor mở muộn hơn do đó điện áp đặt lên phần ứng động cơ Ud giảm xuống nên tốc độ động cơ giảm xuống Vậy trong cả hai trường hợp tải tăng hay giảm nhờ khâu phản hồi âm tốc độ nên động cơ vẫn giữ được tốc độ ổn định. PHẦN V: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG I. Đặt vấn đề Để xây dựng và thiết kế hệ thống điều chỉnh tự động cần có một mô hình mô tả chính xác đến tối đa đối tượng điều chỉnh. Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện rõ ràng các đặc tính thời gian của đối tượng điều chỉnh. Nhằm tạo điều kiện cho việc xây dựng các thuật toán điều khiển hệ thống. II. Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống. Đầu tiên ta đi mô tả toán học các phần tử trong hệ thống sau đó mới tiến hành xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Giả sử ta xét cho hệ điều tốc với mạch vòng phản hồi âm tốc độ. Các bước để mô tả: Bước 1: Dựa vào quy luật vật lý của các phần tử để viết ra phương trình vi phân mô tả trạng thái động. Bước 2: Xây dựng cấu trúc,trạng thái động của từng phần tử và cùa hệ điều tốc. Bước 3: Tìm hàm truyền của hệxét đến điều kiện ổn định. 1. Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển Ta có sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu khi van dẫn dòng như sau : Hình 5-1: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển Hệ số chính lưu : Do tính chất dẫn xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời điểm thay đổi tín hiệu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc a. Độ dài thời gian trễ này có đặc tính ngâu nhiên. Do có khoảng thời gian trễ t nên: KCL . e-P.t.Uđk = Ud Trong đó: là thời gian trễ. - Tia 1 pha: =10 (ms) - Tia 2 pha, cầu 1 pha: = 5 (ms) - Tia 3 pha: = 3,33 (ms) - Tia 6 pha, cầu 3 pha: = 1,67 (ms) Hàm truyền của khâu chỉnh lưu: Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn có thể dùng biến đổi gần đúng từ khai triển Mc.Lauin. Và khi này có thế thay thế hàm trễ bằng một khâu quán tính. Nên : Sơ đồ cấu trúc của khâu chỉnh lưu như sau: Hình 5-2: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu. 2. Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ta có sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: Hình 5-3: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều Xét ở chế độ quá độ, động cơ điện một chiều ta sẽ có các phương trình mô tả sơ đồ thay thế như sau: Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng: Biến đổi Laplace ta được: Phương trình chuyển động của hệ: hay Trong đó: Hằng số thời gian của mạch phần ứng: Hằng số thời gian điện cơ: Cm.Φ = Φ = 0,76 Với Trong các phép tính trên sử dụng các đại lượng Kd(n), g(n) là các hệ số tính theo tốc độ Chuyển sang toán tử Laplace ta có: Mặt khác ta có : Từ các phương trình mô tả toán học trên ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều như sau: Hình 5-4: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều. 3. Bộ khuyếch đại tỷ lệ và máy phát tốc. Bộ khuyếch đại tỷ lệ: Wp(p)= = Kp Máy phát tốc: W(p)= = γ 4. Xây dựng sơ đồ cấu trúc Nhận xét: Ta nhận thấy đối với hệ thống hở thì sai lệch tĩnh của hệ thống lớn hơn nên không đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Để đảm bảo điều chỉnh tốc độ tốt thì St phải nhỏ, mà điều này với hệ thống hở không thể làm được. Để đảm bảo được yêu cầu đặt ra thì ta buộc phải đưa dùng hệ thống kín có phản hồi. Vì vậy, trong nội dung đồ án này chung ta thực hiện điều khiển hệ thống bằng hệ kín có phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng nhằm thoả mãn hai yêu cầu: Chất lượng tĩnh của hệ và bảo vệ dòng điện. a.Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh. Ucđ w2 w4 w6 w5 w7 (-) w (-) (-) Hình 5.4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh Trong đó: Ucđ là tín hiệu đặt điện áp tốc độ(điện áp chủ đạo). - Hàm truyền của mạch khuếch đại trung gian: w1 = wy = Ky/Tf.p + 1 Trong đó: Ky, Tf là hệ số khuếch đại của mạch và hằng số thời gian của các bộ phân lọc. - Hàm truyền của bộ biến đổi: w2 = wП = Trong đó: +Kcl = KП = là hệ số khuếch đại của chỉnh lưu. + Tv0 là hằng số thời gian ; Tov = trong đó m và w là các pha chỉnh lưu và tần số góc của nguồn điện. - Hàm truyền của các khâu quán tính điện từ: w3 = wδ1(p) = - Hàm truyền của các khâu quán tính cơ: w4 = wδ2(p) = - Hàm truyền của các khâu nhiễu sức điện động của động cơ: w5 = Ta có: wγ = = Trong đó: + Rư, Lư là điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ. + Tư là hằng số thời gian của mạch phần ứng: Tư = Lư/Rư. + TM là hằng số thời gian cơ học: + KD là hệ số khuếch đại của động cơ. - Hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng có ngắt: w6 = wI = KI/Tip + 1 Trong đó: + Ti là hằng số thời gian của mạch lọc trong xen xơ dòng điện. + KI = 0,102 - Hàm truyền của khâu phản hồi âm tốc độ: w7 = ww = Kw /Tw p + 1. b. Xây dựng hàm truyền của hệ thống Để xây dựng hàm truyền của hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Chuyển sang sơ đồ tương đương Ta có hàm truyền wtd1 = Chuyển sang sơ đồ tương đương Ta có hàm truyền Chuyển sang sơ đồ tương đương Ta có hàm truyền hệ thống: Û Û Û Û Thay các giá trị như: KI=0,1s; Ru=4.11; K= 17024,5; Tvo; ; TM = 1,79s; Tu = 0,0063s Wht = Chương VI: XÉT ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG I. Xây dựng đặc tính tĩnh. Theo cách xây dựng ở trên thì họ đặc tính cơ của hệ kín có hai đoạn. Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ở chế độ ổn định tốc độ với khâu phản hồi tốc độ được bắt đầu từ điểm không tải lý tưởng cho đến điểm ngắt dòng và đoạn thứ hai là đoạn làm việc ở chế độ khởi động hoặc hãm hay có thể quá tải ứng với dòng phần ứng lớn hơn dòng ngắt Ing = 1,5.Iđm đến điểm ngắn mạch Inm, đoạn này làm việc với khâu phản hồi âm dòng có ngắt. Quá trình gia công chi tiết chỉ thực hiện ở hành trình thuận nên ta chỉ xây dựng đặc tính cơ ở hành trình thuận. 1. Đặc tính cao nhất. Đặc tính cơ cao nhất là đặc tính ứng với tốc độ làm việc ổn định ở tốc độ định mức n = nđm . Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ổn định với khâu phản hồi âm tốc độ nên ta có phương trình cơ điện: n= Điện áp đặt ứng với chế độ làm việc ở đặc tính cao nhất Uđmax : Điện áp đặt được tính ở tốc độ định mức với chế độ làm việc ổn định, từ phương trình (iii) ta rút ra được: Uđmax= Thay n = nđm = 2500 (vg/ph) ta tính được điện áp đặt lớn nhất: Uđmax = = 12,1 ( V ) Tại điểm không tải lý tưởng n = n0max ứng với dòng phần ứng Iư = 0 Thay vào (iii) ta được: nomax = = 2500,8 (vg/ph) Điểm làm việc ổn định là điểm (Iđm ; nđm) = (4,01 ; 2500) Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 6,2 A thì tốc độ là nngmax nngmax= = 2487 (vg/ph) Đoạn thứ hai là đoạn làm việc ứng với khâu phản hồi âm dòng điện còn khâu phản hồi tốc độ làm việc ở chế độ bão hòa. Với hệ thống này ta chọn tốc độ tại thời điểm khâu ngắt bắt đầu tác động cũng là tốc độ mà tại đó khâu phản hồi âm tốc độ đạt giá trị bão hòa nbhmax = nngmax. Lúc đó ta có: Utg = Uđmax - gnbhmax = 12,1 – 0,0048.2487 = 0,162 (V) Ta chọn Ubh = 12 V khi đó ta tính được hệ số khuếch đại tốc độ: Kω = = = 74,07 → KI = = 0,58 Từ phương trình (1) và (2) ta rút ra được phương trình đặc tính khi làm việc với phản hồi âm dòng có ngắt: n = KĐC.{KBĐ.KI [(Ubh – (Iư - Ing)b] - IưRưS} (*) Tại điểm khởi động ta có n = 0 ứng với dòng ngắn mạch ở đặc tính cao nhất là Inm, thay vào (*) ta tính được dòng khởi động: Inm = = = 9,3(A) Vậy bội số dòng khởi động = Inm /Iđm = 9,3 /4,01 = 2,31 < 2,5 do đó hệ số này chấp nhận được để động cơ khởi động anh toàn. Đoạn thứ hai này đi qua hai điểm là điểm ngắt (1,5Iđm ; nngmax) và điểm khởi động (2,31.Iđm ; 0). 2. Đặc tính thấp nhất. Ở đặc tính cơ thấp nhất thì động cơ làm việc với sai số tốc độ là lớn nhất, tốc độ làm việc ứng với dòng định mức là nmin = nđm /30 = 2500/ 30 = 83,33 (vg/ph) Điện áp đặt khi động cơ làm việc ở tốc độ nhỏ nhất Uđmin = = 0,42 ( V ) Tốc độ không tải lý tưởng n0min: nomin = = 86,44 (vg/ph) Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 6,2 A thì tốc độ là nngmin nngmin = = 82,9 (vg/ph) Dòng ngắn mạch ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất: Ta cũng chọn tốc độ lúc khâu phản hồi dòng bắt đầu rơi vào trạng thái bão hòa là lúc khâu phản hồi âm dòng có ngắt bắt đầu tác động nbhmin = nngmin = 82,9 vg/ph Do điện áp bão hòa của KĐTT không đổi, đồng thời hệ số khuếch đại KI cũng không đổi nên điểm ngắn mạch của họ đặc tính cơ đều xuất phát từ một điểm là (2,26.Iđm ; 0). Đặc tính cơ của hệ kín được thể hiện trên hình 6.1 Hình 6.1 Đặc tính cơ của hệ kín 3. Sai lệch tĩnh của hệ thống. Độ sai lệch tốc độ lớn nhất ứng với đặc tính cơ thấp nhất: S% = = .100% = 3,5 % Ta thấy s% < 5% nên hệ thống kín đảm bảo chất luợng tĩnh II. XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác nhau mà hệ thống có thể mất ổn định. Tính ổn định của hệ thống là tính mà hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất đi sau một khoảng thời gian nào đó, hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi sai lệch đầu vào thay đổi. Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian. Để khảo sát hệ thống, ta thành lập sơ đồ cấu trúc của hệ thống và sau đó xây dựng hàm truyền của hệ thống và sử dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để xem hệ thống đó có ổn định hay không. Còn nếu như hệ thống chưa ổn định thì phải hiệu chỉnh để nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống. 1. Tiêu chuẩn ổn định đại số a. Điều kiện cần để hệ thống ổn định: Xét một hệ thống điều khiển tự động có phương trình đặc tính tổng quát sau: N(P)=anpn+....+a1p+a0 = 0 Vậy điều kiện cần để một hệ thống điều khiển tự động tuyến tính ổn định là tất cả các hệ số của phương trình đặc tính dương. Có nhiều tiêu chuẩn để xét tính ổn định của hệ thống, nhưng trong nội dung đồ án này chúng ta xét tính ổn định của hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz. b. Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz Phát biểu: Điều kiện cần và đủ để hệ thống tuyến tính ổn định là các hệ số an và các định thức Hurwitz đều dương. Cách thành lập định thức Hurwitz: Định thức có: - n cột và n hàng. - Đường chéo chính của bắt đầu từ a1 liên tiếp đến an. - Các số hạng trong cùng một cột có chỉ số tăng dần từ dưới lên trên. - Các số hạng có chỉ số lớn hơn n hay nhỏ hơn 0 ghi 0 2. Xét tính ổn định của hệ thống Xét tính ổn định của hệ thống có ổn định hay không dựa vào các tiêu chuẩn ổn định. Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh để hệ thống làm việc an toàn, tin cậy đặt được các yêu cầu mong muốn. Trong hệ thống truyền động điện phần đặc tính làm việc có đặc tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả. Do đó ta chỉ xét ổn định ở vùng này, trong vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng. Phương trình đặc trưng của hệ thống khi chưa là: =7,5.p3 + 0,133+ 1,8p + 81,71 có hệ số a0 = 7,5.; a1 = 0,133; a2 = 1,8; a3 = 81,71 - Áp dụng tiêu chuẩn ổn định Hurwitz ta có: Theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitz thì điều kiện cần và đủ để một hệ thống ổn định là hệ số a0 = 7,5. >0 và các định thức Hurwitz phải dương. Ta thấy tất cả các điều kiện trên hệ thống đã cho đều thỏa mãn. Vậy hệ thống tuyến tính ổn định Chương VII : Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab I. Giới thiệu phần mền simulink. Matlab là phần mền trợ giúp cho việc tính toán và hiển thị. Nó có thể chậy trên hầu hết các loại máy tính và được điều khiển bởi số lượng lớn các lệnh, các tập lệnh các lệnh này ngày càng được mở rộng nhờ các phần Toolbox ( thư viện trợ giúp ) khác nhau hay thông qua các hàm ứng dụng được tạo lập bởi người sử dụng. Simulink là một Toolbox hỗ trọ đắc lực cho việc mô hình hóa, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Simulink cho phép một hệ tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô tả hình học trong thời gian liên tục, gián đoạn hay một hệ kết hợp cả liên tục cả gián đoạn. hệ thống cũng có thể có nhiều tốc độ khác nhau có nghĩa là các phần tử khác nhau lấy mẫu và cập nhật số liệu ở gốc tọa độ khác nhau. Để mô hình hóa Simulink để cung cấp một giao điện đồ họa để xây dựng mô hình như một khối sử dụng thao tác “ drap và drop “ - “ keo và thả “ chuột. Với giao diện này có thể xây dựng mô hình như xây dựng trên giấy. Đây là sự khác biệt các phần mền mô phỏng hệ thống trước nó mà ở đó người sử dụng phải đưa vào các phương trình vi phân và các phương trình sai phân bằng ngôn ngữ lập trình khác. Việc lập trình trên Simulink sử dụng các đối tượng đồ họa gọi là Graphic programming unit - GPU. Nó được xây dựng trên cơ sở các ngôn ngữ lập trình OOP, tạo điều kiện hết sức thuận lợi cho việc thay đổi giá trị các thuộc tính trong các khối thành phần. Loại lập trình này có xu thế được ứng dụng trong nhiều kỷ thuật bởi ưu điểm lớn của nó là tính trực quan, dễ viết và hình dung với người lập trình không chuyên nghiệp cũng như những người không mong muốn bỏ thời gian cho việc nghiên cứu một ngôn ngữ lập trình mới. Thư viện Simulink cũng bao gồm toàn bộ thư viện các khối như khối nhận tín hiệu, các nguồn tín hiệu, các phần tử tuyến tính và các phần tử phi tuyến, các nối chuẩn. Điều đặc biệt của chương trình này là người dùng có thể tạo ra khối thư viện riêng mình. Các mô hình bài toán trong Simulink được xây dựng có thứ bậc hay còn gọi là xây dựng theo mô hình phân cấp, điều đó cho phép ngưới sử dụng có thể xây dựng mô hình theo hướng pop down hoặc pop up. Người vừa có thể quan sát hệ thống ở mức tổng quan, vừa có thể đạt mức cụ thể bằng cách nhấp vào từng khối xác định để xem chi tiết mô hình của từng khối. Với cách xây dựng kiểu này, người dùng có thể hiểu sâu sắc tổ chức của mô hình và những tác động qua lại của phần tử trong mô hình thế nào. Sau khi xây dựng mô hình hệ thống, người dùng có thể mô phỏng nó trong Simulink bằng cách nhập lệnh trong của sổ lệnh của matlab hoặc sử dụng các menu có sẵn. Việc sử dụng các menu đặc biệt thích hợp cho các công việc có sự tác động qua lại lẫn nhau còn sử dụng dòng lệnh thường sử dụng khi chạy một loạt mô phỏng. Các bộ Scope và các khối hiển thị khác cho phếp người sử dụng theo dõi kết quả trong khi chạy mô phỏng. Hơn nữa người dùng có thể thay đỗi thông số hệ thống một cách trực tiếp và nhận biết được ảnh hưởng đến mô hình. Kết quả mô phỏng có thể đặt vào matlab để xử lý đưa ra máy in hoặc hiển thị. II. Hàm truyền của các khâu 1. Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ có dạng là một khâu khuếch đại tính theo tốc độ góc: Ww = 0,0048 2. Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện Hàm truyền của khâu phản hồi dòng có dạng là một khâu quán tính bậc nhất: WI = Trong đó: b = 1,49 TI là hằng số thời gian của bộ lọc: TI = RC Chọn R = 100W ; C = 470 mF ® TI = 100. 470.10-6 = 0,047 (s) Vậy hàm truyền của khâu phản hồi dòng là: WI = 3. Hàm truyền của bộ biến đổi Hàm truyền của bộ biến đổi có dạng cũng là một khâu quán tính: WBĐ = Trong đó: KBĐ = 31,34 TBĐ là hằng số thời gian của bộ biến đổi TBĐ = 0,005 (s) Vậy hàm truyền của bộ biến đổi là: WBĐ = 4..Đặc tính động của hệ thống Khi xét hàm truyền của hệ thống theo tín hiệu U thì ta bỏ qua khâu nhiễu loạn phụ tải. Từ sơ đồ nguyên lý của hệ thống ta có sơ đồ cấu trúc như hình 5.6: KW γ Hình 7.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống III. Mô phỏng hệ thống. Bộ biến đổi của hệ thống a) Sơ đồ cấu trúc. Ta có hàm truyền của bộ biến đổi là: WBĐ = Hình 7.2. Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi b) Kết quả mô phỏng. Hình 7-3: Kết quả mô phỏng bộ biến đổi 2. Mô phỏng hoạt động của động cơ điện một chiều a) Sơ đồ cấu trúc. Hình 7.4. Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều b) Kết quả mô phỏng. Hình 7-5: Kết quả mô phỏng động cơ điện một chiều 3. Mô phỏng hoạt động của mạch vòng dòng điện a) Sơ đồ cấu trúc. Hình 7.6. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện b).Kết quả mô phỏng. + khi khâu âm dòng có ngắt không tác động Hình 7.7: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện khi khâu ngắt chưa tác động + khi khâu âm dòng có ngắt tác động Hình 7.8: Kết quả mô phỏng mạch vòng dòng điện khi khâu ngắt tác động 4. Mô phỏng khâu phản hồi tốc độ của hệ truyền động Sơ đồ cấu trúc a.Khi Ucd = Ucdmax = 12,1 ( V ) Hình 7.9. Sơ đồ cấu trúc khâu phản hồi tốc độ Kết quả mô phỏng. Hình 7.10. Kết quả mô phỏng của khâu phản hồi tôc độ b. Khi Ucd = Ucdmax = 0,42 ( V ) Kết quả mô phỏng. Hình 7.11. Kết quả mô phỏng của khâu phản hồi tôc độ KẾT LUẬN Đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ hết sức quan trọng đối với mỗi sinh viên để có thể hoàn thành khóa học của mình. Với việc thiết kế hệ truyền động ăn dao cho máy mài tròn 3A130 dùng hệ chỉnh lưu động cơ một chiều, nhiệm vụ này đã giúp em có cái nhìn tổng quát hơn về việc điều khiển các máy gia công, cắt gọt kim loại và sâu hơn là điều khiển các hệ thống trong công nghiệp sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất. Sau một thời gian được giao nhiệm vụ thiết kế đề tài tốt nghiệp trên, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Anh Tuấn , các thầy trong bộ môn và nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành nhiệm vụ của mình. Do thời gian có hạn, chưa có nhiều kinh nghiệp thực tế, đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót, rất kính mong các thầy cô và các bạn trong bộ môn có thể chỉ bảo thêm. Qua đây em xin cảm ơn các thầy cô giáo đã dìu dắt em trong 5 năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn đã trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành quý giá. Đặc biệt, em xin gửi tới Thạc sỹ Vũ Anh Tuấn lời cảm ơn sâu sắc nhất, là người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sắp trở thành một kỹ sư điện, em sẽ luôn cố gắng không ngừng học hỏi, trau dồi thêm kiến thức và kỹ năng, áp dụng sáng tạo những hiểu biết của mình đã học vào công việc thực tế sau Vinh, ngày 9 tháng 5 năm 2011 Sinh viên: Nguyễn Đức Vinh TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TruyÒn ®éng ®iÖn - Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt - Hµ Néi 2001. Bïi Quèc Kh¸nh - NguyÔn V¨n LiÔn - NguyÔn ThÞ HiÒn 2. M¸y ®iÖn I, II - Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt - Hµ Néi 1998. Vò Gia Hanh - TrÇn Kh¸nh Hµ - Phan Tö Thô - NguyÔn V¨n S¸u 3. §iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn - Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt - 2006. Bïi Quèc Kh¸nh - NguyÔn V¨n LiÔn - Ph¹m Quèc H¶i - D­¬ng V¨n Nghi 4. §iÖn tö c«ng suÊt - Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt - Hµ Néi 2004. Vâ Minh ChÝnh - Ph¹m Quèc H¶i - TrÇn Träng Minh 5. §iÖn tö c«ng suÊt - Hµ Néi 1993 NguyÔn BÝnh