TỔNG QUAN CHUNG CỦA CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
PHÂN LOẠI CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
Các máy cắt được phân loại thành nhiều loại cơ bản như tiện, phay, bào, khoan – doa, và mài, tùy thuộc vào công nghệ gia công, dạng dao, và đặc tính chuyển động Ngoài ra, còn có các nhóm máy khác như gia công răng ren và vít.
- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyên dùng và đặc biệt
Máy vạn năng là thiết bị có khả năng thực hiện nhiều phương pháp gia công khác nhau như tiện, khoan và gia công răng Chúng được sử dụng để gia công các chi tiết với đa dạng hình dạng và kích thước.
+ Máy chuyên dùng là các máy để gia công các chi tiết có cùng hình dạng nhưng kích thước khác nhau
+ Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng và kích thước
- Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy có thể chia máy cắt kim loại thành :
+ Máy bình thường : trọng lượng chi tiết 100 – 10.10 3 kG
+ Máy cỡ lớn : trọng lƣợng chi tiết 10.10 3 – 30.10 3 kG
+ Máy cỡ nặng : trọng lƣợng chi tiết 30.10 3 – 100.10 3 kG+ Máy rất nặng : trọng lƣợng chi tiết lớn hơn 100.10 3 kG
- Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thường, cao và rất cao.
CÁC CHUYỂN ĐỘNG VÀ CÁC DẠNG GIA CÔNG TRÊN MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
Trên các máy cắt gọt kim loại có hai loại chuyển động : chuyển động cơ bản và chuyển động phụ
Chuyển động cơ bản trong gia công cơ khí là sự di chuyển tương đối giữa dao cắt và phôi, đảm bảo quá trình cắt gọt diễn ra hiệu quả Chuyển động này được chia thành hai loại chính: chuyển động chính và chuyển động ăn dao.
+ Chuyển động chính : là chuyển động đƣa dao cắt ăn vào chi tiết
+ Chuyển động ăn dao : là các chuyển động xê dịch của lƣỡi dao hoặc phôi để tạo ra lớp phoi mới
- Chuyển động phụ : là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt Chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy
Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến của dao hoặc phôi.
CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY CẮT GỌT
Máy tiện, khoan, doa và phay thường sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc do tần số đóng cắt điện không lớn và phạm vi điều chỉnh tốc độ hạn chế Việc điều chỉnh tốc độ trong các loại máy này được thực hiện thông qua phương pháp cơ khí với hộp tốc độ.
Một số máy như máy tiện, máy doa ngang, và máy sọc răng yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng hơn Hệ truyền động trục chính của các máy này sử dụng động cơ không đồng bộ với 2 hoặc 3 cấp tốc độ Quá trình thay đổi tốc độ được thực hiện bằng cách thay đổi sơ đồ đấu dây quấn stato của động cơ, từ đó thay đổi số đôi cực trong khi công suất vẫn được duy trì ổn định.
- Đối với một số máy như : máy bào giường, máy mài tròn, máy doa toạ độ và hệ truyền động ăn dao của một số máy yêu cầu :
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
+ Đảo chiều quay liên tục
+ Tần số đóng - cắt điện lớn
Hệ truyền động một chiều thường được sử dụng bao gồm các thành phần như hệ máy phát động cơ điện một chiều F-Đ, hệ máy điện khuyếch đại động cơ điện một chiều MĐKĐ-Đ, hệ khuyếch đại từ động cơ điện một chiều KĐT-Đ và bộ biến đổi tiristo cho động cơ điện một chiều T-Đ Ngoài ra, hệ truyền động xoay chiều cũng được áp dụng thông qua bộ biến tần.
CÁC THAM SỐ ĐẶC TRƢNG CHO CHẾ ĐỘ CẮT GỌT TRÊN MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
Tốc độ cắt, lực cắt phụ thuộc các yếu tố của điều kiện gia công, gồm :
Là khoảng cách bề mặt của chi tiết trước và sau khi gia công
- Lƣợng ăn dao : s ( mm / vòng, mm / hành trình )
Là độ di chuyển của dao khi chi tiết quay đƣợc một vòng hoặc đi đƣợc một hành trình
Là khoảng thời gian làm việc của dao giữa hai lần mài kế tiếp
- Vật liệu dao, phôi, phương pháp gia công a Tốc độ cắt
Là tốc độ dài tương đối của chi tiết so với dao tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết v v y x m
( m/phút ) (1.1) Hay Vz = wct Rct (1.2)
Trong đó : C v , x v , y v , m là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công
VD: Khi chi tiết là gang thép :
- Dao làm bằng thép gió thì : Cv = 18,2 53,7
- Dao làm bằng hợp kim cứng thì : C v = 39,5 252 b Lực cắt
Trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết xuất hiện lực tác dụng F gồm 3 thành phần :
+ Fx : là lực dọc trục, lực mà cơ cấu ăn dao phải khắc phục, là thành phần chính của lực ăn dao
+ Fy : là lực hướng kính, tạo áp lực lên các cơ cấu bàn dao gây ra lực ma sát giữa dao và chi tiết
+ Fz : là lực tiếp tuyến, lực mà cơ cấu chuyển động chính phải khắc phục, hay còn gọi là lực cắt
Công suất cắt được xác định bởi các hệ số CF, xF, yF và n, phụ thuộc vào vật liệu của chi tiết gia công, vật liệu làm dao và phương pháp gia công được sử dụng.
Công suất cắt ( công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính ) đƣợc xác định theo công thức :
1.4.2 Chuyển động ăn dao a Tốc độ ăn dao
Là tốc độ dịch chuyển của cơ cấu bàn dao
Trong đó : nct – tốc độ vòng quay chi tiết
Với : Fms = [ Gbd + Fy ] + Fd
- là hệ số ma sát
- Gbd là trọng lƣợng cơ cấu bàn dao
Gbd = mbd.g c Công suất ăn dao
Thời gian gia công chi tiết, còn được gọi là thời gian công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gian hữu ích, là khoảng thời gian cần thiết để thực hiện quá trình gia công Để tính toán thời gian máy, chúng ta dựa vào các tham số đặc trưng cho chế độ cắt gọt, được gọi là phương pháp gia công trên máy.
Ví dụ đối với máy tiện : tm ( )
L : chiều dài của hành trình làm việc (mm) n : tốc độ quay chi tiết ( tốc độ quay của mâm cặp ) (vòng/ph) s : Lƣợng ăn dao (mm/vòng)
PHỤ TẢI CỦA ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CÁC CƠ CẤU ĐIỂN HÌNH
HÌNH TRONG CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
Trong cơ cấu truyền động chính của máy cắt gọt kim loại, lực cắt đóng vai trò quan trọng và phụ thuộc vào chế độ cắt (t, s, v), cũng như loại vật liệu của chi tiết gia công và dao cắt Cơ cấu chuyển động quay là một phần thiết yếu trong quá trình này.
- Momen trên trục chính của máy đƣợc xác định theo công thức :
Fz : là lực cắt (N) d : đường kính chi tiết (m)
- Momen hữu ích trên trục động cơ
(1.12) Với i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy
- Momen cản trên trục động cơ
(1.13) b Cơ cấu chuyển động tịnh tiến
- Momen tịnh tiến hữu ích
= V c là bán kính quy đổi lực cắt của trục động cơ
Vc là tốc độ truyền cơ cấu
- Momen cản tỉnh trên trục động cơ
Lực ăn dao khi bàn dao hoặc bàn cặp chi tiết khởi hành đƣợc tính theo biểu thức sau :
Fad 0 = (Gbd + Gct)fo + s (N) (1.16) Trong đó :
G ct : khối lƣợng chi tiết fo : hệ số ma sát fo = 0,2 0,3 khi bàn dao khởi hành f = 0,08 0,1 khi cắt gọt
Lực ăn dao khi cắt gọt :
Fad = (Gbd + Gct).f + s (N) (1.17) Momen trên trục vít :
: góc lệch đường ren trục vít
: góc ma sát của trục vít d tb : đường kính trung bình của trục vít
TỔN HAO TRONG MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
* Tổn hao trong máy cắt gọt kim loại phu thuộc vào :
- Dạng và số lƣợng của khâu động học (tính từ trục động cơ đến trục cơ cấu)
- Dạng và nhiệt độ của dầu bôi trơn
- Sự thay đổi phụ tải làm thay đổi áp lực trong các cơ cấu truyền của máy
- Sự thay đổi tốc độ của cơ cấu làm việc
1.6.1 Phụ tải định mức / cdm ( const ) dmHT = dm1 dm2 … dmn dmHT = n i 1 dmi (1.20)
1.6.2 Phụ tải thay đổi / cdm
M ms = aM hiđm + bM hi (1.21)
Với : a : là hệ số tổn hao không biến đổi theo phụ tải b : là hệ số tổn hao biến đổi theo phụ tải
P là hệ số phụ tải Khi đó :
1 dmHT a = 0,6 ( ađm + bđm ) b = 0,4 ( ađm + bđm )
1.6.3 Phụ tải thay đổi, c thay đổi a1 = a. cdm c
Với: a 1 : hệ số tổn hao không biến đổi theo phụ tải khi thay đổi a : hệ số tổn hao không biến đổi theo phụ tải khi dm
1.7 TÍNH TRỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
* Để tính chọn được công suất động cơ, cần phải có các số liệu ban đầu sau :
- Chế độ làm việc : dài hạn, ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại
- Các thông số đặc trƣng cho chế độ cắt gọt
- Khối lƣợng của chi tiết gia công
- Thời gian làm việc, thời gian nghỉ và môi trường làm việc
- Công suất, điện áp, dòng điện làm việc của máy
- Khối lƣợng của các bộ phận chuyển động
1.7.1 Các bước tính chọn công suất động cơ
Bước 1 : Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động đƣợc tiến hành theo trình tự sau:
- Xác định công suất hoặc momen tác dụng lên trục làm việc của hộp tốc độ (P z hoặc Mz )
- Xác định công suất hoặc momen trên trục động cơ và xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh ( Pc = f(t) hoặc Mc = f(t) )
- Dựa trên đồ thị phụ tải tĩnh, tiến hành tính chọn sơ bộ công suất động cơ
Ta chọn theo P = P(c2) là Pmax t
Ta chọn theo công suất trung bình Ptb
Ta chọn theo công suất đẳng trị :
Bước 2: Tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo các điều kiện sau :
- Theo điều kiện phát nóng
- Theo điều kiện quá tải
- Theo điều kiện mở máy
1.7.2 Một số ví dụ tính chọn công suất động cơ a Máy bào
Công suất truyền động cơ cấu chính :
F z : lực cản khi bào ( N/m 2 ) q : tiết diện của phoi ( m 2 ) v : vận tốc cắt ( m/s )
: hiệu suất của máy ( thường lấy là 0,65 0,7 )
F z phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công :
Fz = ( 294 1180 ).10 6 N/m 2 - vật liệu là thép
Fz = ( 118 236 ) 10 6 N/m 2 - vật liệu là gang
F z = ( 147 197 ) 10 6 N/m 2 - vật liệu là đồng b Máy tiện
Công suất động cơ truyền động chính :
Fz : lực cản cắt khi tiện ( kG/mm 2 ) q : tiết diện phoi ( mm 2 ) v : vận tốc cắt ( m/ph )
: hiệu suất của máy c Máy khoan
Fz là lực cản khi khoan tính bằng kG/mm², d là đường kính của mũi khoan tính bằng mm, s là lượng ăn dao trên một vòng quay của mũi khoan tính bằng mm, và n là tốc độ của mũi khoan tính bằng vòng/phút.
: hiệu suất của máy d Máy phay
Lực cản cắt khi phay (Fz) được đo bằng kG/mm², trong khi chiều rộng lớp phay (b) tính bằng mm và chiều sâu cắt (t) cũng được đo bằng mm Tốc độ quay của dao phay (n) được tính bằng vòng/phút, và lượng ăn dao (s) được xác định bằng mm/vòng Ngoài ra, các cơ cấu phụ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phay.
Công suất động cơ truyền động các cơ cấu phụ thƣợng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
G : trọng lƣợng của phần di chuyển ( kG )
: hệ số ma sát ( thường bằng 0,1 ) v : tốc độ di chuyển ( m/phút )
: hiệu suất phụ của cơ cấu
Hệ số quá tải M max là yếu tố quan trọng cần xem xét trong cơ cấu phụ Momen cản tĩnh khi khởi hành (M c 0) thường rất lớn, do đó cần kiểm tra công suất động cơ đã chọn theo điều kiện mở máy, đảm bảo rằng M mm lớn hơn giá trị yêu cầu.
Momen cản tĩnh khi khởi hành :
Trong đó : n0 : tốc độ từ trường quay stato động cơ ( vòng/phút )
S đm : hệ số trƣợt định mức của động cơ đã chọn f Cơ cấu ăn dao
* Momen trên trục động cơ :
Trong đó : i : tỷ số truyền của hộp tốc độ
: hiệu suất của hộp tốc độ
* Công suất của động cơ truyền động :
P M ( KW ) Với n 0 là tốc độ đồng bộ của động cơ ( vòng/phút )
* Momen khởi hành của động cơ :
Với : i : tỷ số truyền của hộp số
: hiệu suất của hộp số
* Công suất của động cơ :
Fad : lực ăn dao ( N ) v : Vận tốc ăn dao ( mm/phút ) v = s.n s : lƣợng ăn dao ( mm/vòng ) n : tốc độ quay của động cơ ( vòng/phút )
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRONG CÁC MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI
1.8.1 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ a Điều chỉnh cơ
- Thay đổi tốc độ cơ cấu bằng cách thay đổi tỷ số truyền i, còn D không đổi
+ Ƣu điểm : Hệ truyền động đơn giản, sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
+ Nhƣợc điểm : Điều chỉnh có cấp và phạm vi điều chỉnh hẹp
Vì vậy, phương pháp này sử dụng cho các máy nhỏ và trung bình b Điều chỉnh điện
- Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi D , còn tỷ số truyền i không đổi
+ Ƣu điểm : Điều chỉnh trơn hơn, phạm vi điều chỉnh rộng
+ Nhƣợc điểm : Hệ truyền động phức tạp hơn vì sử dụng hệ truyền động có điều chỉnh
Vì vậy, phương pháp này sử dụng với các máy từ cỡ lớn đến cỡ nặng c Điều chỉnh điện – cơ
- Thay đổi tốc độ cơ cấu bằng cách thay đổi D , và tỷ số truyền i thay đổi
Nguyên tắc điều chỉnh : ở mỗi cấp tốc độ của hộp tốc độ thì điều chỉnh tốc độ động cơ ( D )
1.8.2 Các chỉ tiêu chất lƣợng khi điều chỉnh tốc độ a Phạm vi điều chỉnh
+ Với chuyển động quay min max c
Tốc độ góc lớn nhất (max) được đo bằng rad/s, trong khi tốc độ góc nhỏ nhất (min) cũng được tính bằng rad/s Đối với tốc độ quay, tốc độ lớn nhất (nmax) được tính bằng vòng/phút, và tốc độ quay nhỏ nhất (nmin) cũng được xác định bằng vòng/phút.
+ Với chuyển động tịnh tiến min max c c v V
+ Với chuyển động ăn dao min max
Với Z là số cấp điều chỉnh tốc độ
Các giá trị chuẩn của độ trơn điều chỉnh đƣợc sử dụng trong truyền động của máy cắt gọt kim loại là :
1,06 ; 1,12 ; 1,26 ; 1,41 ; 1,58 ; 1,78 ; 2 thường sử dụng các giá trị : 1,26 ; 1,41 ; 1,58 c Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của phụ tải
- Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất q cdm c C Cdm C
Dùng trong các máy nâng, vận chuyển, ép, tải…
Dùng cho các máy cán, máy quấn sợi, cuộn giấy, và các chuyển động chính máy cắt gọt kim loại
Dùng cho tải máy bơm, quạt gió
Đặc tính điều chỉnh của chuyển động thể hiện mối quan hệ giữa công suất hoặc mô men của động cơ với tốc độ Cụ thể, đối với động cơ điện một chiều có kích từ độc lập, khi điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông không đổi, chúng ta có thể quan sát sự thay đổi trong hiệu suất hoạt động của động cơ.
Khi điều chỉnh từ thông, giữ điện áp phần ứng không đổi :
Kết hợp cả hai phương án, ta có đồ thị :
MÁY MÀI TRÒN 3K225B
ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ CỦA MÁY MÀI
Máy mài được chia thành hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng Bên cạnh đó, còn có nhiều loại máy mài khác như máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt và máy mài răng.
Tất cả các máy mài đều sử dụng chuyển động quay của đá mài, với vận tốc đá được xác định bằng đơn vị mét trên giây (m/s) Chuyển động chạy dao trên máy mài rất đa dạng và phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại máy.
Máy mài tròn gồm máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong Ở máy mài tròn : chuyển động chính là chuyển động quay của đá
Chuyển động ăn dao bao gồm việc di chuyển tịnh tiến của ụ đá theo trục dọc (ăn dao dọc), di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang), và chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vũng).
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết v.v…
Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy tròn hoặc chữ nhật của máy mài tròn, sử dụng đá mài quay tròn và chuyển động tịnh tiến ngang Bàn máy có khả năng di chuyển tịnh tiến qua lại, trong khi chuyển động quay của đá là chuyển động chính Chuyển động ăn dao có thể là di chuyển của đá (ăn dao ngang) hoặc di chuyển của chi tiết (ăn dao dọc) Đối với máy mài bằng mặt đầu đá, bàn có thể là hình tròn hoặc chữ nhật, với chuyển động quay của đá là chuyển động chính và chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của đá hoặc chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn mang chi tiết.
Sơ đồ gia cụng chi tiết máy mài đƣợc thể hiện trên hình 2.2
Tham số quan trọng của chế độ mài là tốc độ cắt
Với : d : đường kính đá mài ( mm )
Wd : tốc độ quay của đá ( rad / s)
Thông thường v = 30 50 m/s Độ chính xác gia công đạt đƣợc trên máy mài 5 m ; 10 m
Hình 2.1 Sơ đồ gia công chi tiết máy mài a) mài bằng biên đá b) mài bằng mặt đầu đá
Mài là quá trình sử dụng các lưỡi cắt với kích thước khác nhau để loại bỏ lớp kim loại, và khi lưỡi cắt bị mòn, lưỡi mới sẽ được thay thế Để đảm bảo chất lượng sản phẩm và nâng cao năng suất, việc chọn đá mài cần chú ý đến một số yếu tố quan trọng.
- Độ cứng của đá mài
Chọn chế độ mài là chế độ quay của đá tốc độ quay của chi tiết, lƣợng chạy dao ngang và chiều sâu cắt
Nếu tốc độ quay của đá chậm sẽ làm tăng lực cắt làm mòn đá
Nếu tốc độ quá cao sẽ gây gẫy trục hoặc vỡ đá …
Tốc độ mài được xác định bởi yêu cầu kỹ thuật về độ bóng của bề mặt gia công Việc lựa chọn giữa mài tinh hay mài thô phụ thuộc vào lượng chạy dao và tốc độ mài phù hợp.
2.1.4 Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện máy mài
Một trong những đặc điểm quan trọng trong hệ thống máy mài đó là hệ thống thực hiện nhiều truyền động cùng một lúc
Trên máy mài truyền động chính là truyền động quay của đá với vận tốc đƣợc tính theo biểu thức :
D d : Đường kính của đá mài
N d : Số vòng quay trục chớnh mang đá ( vòng / phút )
Trong các truyền động của đá mài, việc duy trì tốc độ quay ổn định là rất quan trọng, thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Đối với máy mài cỡ nặng, để đảm bảo tốc độ cắt không đổi khi đá mòn hoặc kích thước gia công thay đổi, người ta áp dụng truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 2 đến 4 lần với công suất không đổi Máy mài trung bình và nhỏ thường có tốc độ từ 50 đến 80 m/s, với đá mài đường kính lớn quay khoảng 1000 vòng/phút Ngược lại, máy mài với đường kính đá nhỏ có tốc độ rất cao, sử dụng động cơ đặc biệt, cho phép đá mài gắn trên trục động cơ quay từ 24,000 đến 48,000 vòng/phút, thậm chí có thể đạt tới 150,000 đến 200,000 vòng/phút.
Nguồn động cơ có thể được cung cấp bởi các bộ biến tần, bao gồm máy phát tần số cao (BBT quay) và bộ biến tần tĩnh (BBT bằng thyristor).
Momen cản tĩnh trên trục động cơ thường là (15 20)%Mdm
Momen quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lớn (500 600)%Mqt của động cơ Do đó cần hóm cƣỡng bức động cơ quay đá mài
Không yêu cầu đảo chiều đối với động cơ quay đá
2.1.4.2 Truyền động ăn dao a Với máy mài tròn Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp độ ( bằng cách điều chỉnh số đôi cặp cực p ) với vùng điều chỉnh tốc độ
D = (2 4) / 1 Đối với các máy cỡ lớn, hệ thống bộ biến đổi động cơ điện một chiều (BBD – ĐM) được sử dụng Hệ khuyếch đại từ - động cơ một chiều (KĐT – ĐM) có khả năng điều chỉnh tốc độ với tỷ lệ D = 10/1 thông qua việc điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ : bộ biến đổi - động cơ với vùng điều chỉnh tốc độ D = (20 25) /1
Truyền động ăn dao ngang đƣợc thực hiện bằng thuỷ lực b Với máy mài phẳng
Truyền động ăn dao của ụ đá hoạt động lặp lại nhiều chu kỳ nhờ vào hệ thống thuỷ lực Hệ truyền động này cho phép bàn máy di chuyển tịnh tiến qua lại với tỷ số truyền động một chiều D = (8 10) / 1.
Truyền động phụ trong máy mài sử dụng hệ thống truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, giúp điều khiển nhanh đầu mài Hệ thống này cũng bao gồm bơm dầu cho hệ thống bôi trơn và bơm nước làm mát, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho máy mài.
NGUYÊN LÝ HOẶT ĐỘNG CỦA MÁY MÀI TRÒN 3K225B
Hình 2.2: Sơ đồ điều khiển máy mài 3k225b
Sơ đồ gồm 2 phần chính
Bao gồm 4 động cơ: ĐM, ĐT, ĐB, ĐC
Các động cơ ĐM, ĐT, và ĐB là các loại động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, hoạt động với điện áp xoay chiều 3 pha và được điều khiển bằng cầu dao CD.
+ Động cơ ĐM: Đƣợc bảo vệ ngắn mạch nhờ cầu chì (CC1) và đƣợc bảo vệ quá tải nhờ rơ le nhiệt (1RN)
+ Động cơ ĐT: Đƣợc bảo vệ ngắn mạch nhờ cầu chì (CC3) và bảo vệ quá tải nhờ rơle nhiệt (2RN)
Động cơ điện một chiều (ĐC) hoạt động nhờ nguồn điện từ KĐT, được bảo vệ khỏi tình trạng ngắn mạch bằng cầu chì (CC2) và được bảo vệ quá tải nhờ rơ le nhiệt (3RN).
Biến áp 2BA sử dụng nguồn 220V và được bảo vệ ngắn mạch bởi cầu chì CC2 Mạch điều khiển cũng được bảo vệ bởi cầu chì CC4 Động cơ ĐM là động cơ quay đá mài, đóng vai trò là động cơ truyền động chính, trong khi động cơ ĐT là động cơ truyền động phụ, cung cấp dầu cho hệ thống thủy lực để thực hiện ăn dao ngang và dọc Động cơ ĐB thực hiện chuyển động phụ và bơm nước làm mát, còn động cơ ĐC là động cơ một chiều được cấp điện bởi khuyếch đại từ với 6 cuộn xoay chiều và một bộ chỉnh lưu, giúp quay chi tiết mài.
Ký hiệu trên sơ đồ
Tốc độ Vòng/phút Điện áp
Khuếch đại từ là động cơ KĐT, trong đó động cơ quay chi tiết được cung cấp từ KĐT KĐT được kết nối theo sơ đồ cầu ba pha kết hợp với điốt chỉnh lưu, bao gồm 6 cuộn làm việc (CD) và 3 cuộn điều khiển.
Cuộn CK1, CK2, CK3 hoạt động với điện áp chỉnh lưu 3CL để tạo ra sức từ hoá chuyển dịch CK1 đóng vai trò cuộn chủ đạo và đồng thời là phản hồi âm điện áp phần ứng Điện áp chủ đạo Ucd được lấy từ biến trở 1BT, trong khi điện áp phản hồi được lấy từ phần ứng của động cơ, đặt vào cuộn dây CK1.
UCK1 = U cđ = Uth = Ucd - KU ƣ (2.3)
Cuộn CK2 là cuộn phản hồi dương của dòng điện phần ứng động cơ, được kết nối với điện áp thứ cấp của biến dòng BD thông qua bộ chỉnh lưu 2CL Dòng điện sơ cấp của biến dòng tỷ lệ với dòng điện phần ứng (I1 = 0,15Iƣ), do đó dòng điện trong cuộn CK2 cũng tương ứng với dòng điện phần ứng Sức từ hoá phản hồi được điều chỉnh bằng biến trở 2BT, trong khi tốc độ động cơ được điều chỉnh thông qua việc thay đổi điện áp chủ đạo U cđ nhờ biến trở 1BT Để làm cứng đặc tính cơ ở vùng tốc độ thấp, khi giảm Ucđ, cần tăng hệ số phản hồi dòng, vì vậy có khâu liên động cơ khí giữa hai con trượt của 2BT và 1BT.
0 I ư Để thành lập đặc tính của động cơ ta dựa vào phương trình điện áp tổng trên cuộn CK 1 và C CK1
U CK12 = U cd -U ƣ + U CK2 = U cđ -U ƣ + K qđ2 K i I ƣ (2.4) Trong đó:
UCK2 = Kqđ2.Ki.Iƣ là điện áp trên cuộn CK2 quy đổi về CK1
Sức điện động của khuếch đại từ:
KKĐT: Hệ số khuếch đại điện áp của KĐT
Phương trình cân bằng điện áp trong mạch phần cứng:
Từ các phương trình trên ta có phương thức đặc tính tĩnh động cơ
Hình 2.3 Đặc tính cơ của động cơ
Nguyên lý làm việc của sơ đồ:
Sơ đồ điều khiển máy cho phép chuyển đổi giữa chế độ thử máy và chế độ làm việc tự động Trong chế độ thử máy, các contactor từ 1CT đến 3CT sẽ được đóng ở vị trí 1.
Để khởi động máy động cơ ĐT, nhấn nút ấn MT, sau đó có thể khởi động đồng thời ĐM và ĐB bằng nút ấn MN Động cơ ĐC được khởi động bằng nút ấn MC Trong chế độ làm việc tự động, các contactor từ 1CT và 3CT sẽ được đóng sang vị trí 2.
Quá trình làm việc của máy gồm 3 giai đoạn;
* Đƣa nhanh ụ đá vào chi tiết gia công nhờ truyền động thuỷ lực đóng các động cơ ĐC, ĐB
* Mài thô rồi tự động chuyển sang mài tinh nhờ tác động của các contactor
* Tự động đƣa nhanh ụ đá ra khỏi chi tiết và cắt điện các động cơ ĐC-ĐB
Khi các contăctor 1CT, 2CT, 3CT ở vị trí 2 di chuyển nhanh ụ đá vào chi tiết, công tắc hành trình 1KT sẽ đóng mạch cho cuộn dây contăctor KC, KB và khởi động các động cơ ĐC, ĐB Đồng thời, truyền động thuỷ lực của máy được khởi động, bắt đầu quá trình gia công Sau khi hoàn tất giai đoạn mài thô, công tác hành trình 2KC sẽ đóng mạch cuộn dây rơ le 1RTr, chuyển đổi van thuỷ lực và giảm tốc độ ăn dao để bắt đầu giai đoạn mài tinh Khi kích thước chi tiết đạt yêu cầu, CTHT 3KT sẽ tác động đóng mạnh cuộn dây Rơle 2TRr, chuyển đổi van thuỷ lực đưa nhanh ụ đá về vị trí ban đầu Cuối cùng, công tác 1KT phục hồi cắt điện contăctor KC, KB, ngắt điện cho động cơ và hàm động năng nhờ contăctor H, trong khi tiếp điểm rơle kiểm tra tốc độ RKt mở ra để cắt điện cuộn dây contăctor H khi tốc độ động cơ đủ thấp.
Máy mài 3K225B sử dụng động cơ điện một chiều để quay chi tiết, với khả năng điều chỉnh tốc độ thông qua khuyếch đại từ đơn Động cơ này được kết nối theo sơ đồ cầu 3 pha, mang lại hiệu suất cao cho quá trình mài.
6 cuộn làm việc (CLV) và 3 cuộn điều khiển CK1, CK2, CK3 kết hợp với 6 điôt chỉnh lưu Đặc điểm của việc điều khiển dùng hệ chỉnh lưu – KĐT
Khuyếch đại từ là thiết bị điện giúp khuếch đại tín hiệu đầu ra thông qua việc thay đổi điện kháng nhờ vào sự điều khiển Ưu điểm nổi bật của khuyếch đại từ bao gồm tuổi thọ cao, khả năng chịu quá tải tốt và khả năng điều khiển cách ly hiệu quả.
Khuyếch đại từ có quán tính lớn ( bởi các cuộn dây một chiều có điện cảm rất lớn ) do đó việc điều chỉnh kém nhạy
Hệ số khuyếch đại không lớn
Hiện nay, khuyếch đại từ chủ yếu chỉ có trong các thiết bị cũ do Liên Xô sản xuất So với khuyếch đại điện tử công suất, khuyếch đại từ không thể cạnh tranh vì khuyếch đại điện tử có nhiều ưu điểm vượt trội hơn.
Điều khiển nhanh thuận tiện
Hệ số khuyếch đại lớn
Ngày nay, khuyếch đại từ không còn được sản xuất mới và chỉ tồn tại trong các hệ thống máy móc của Liên Xô cũ Do đó, việc thay thế và sửa chữa các hệ truyền động này gặp nhiều khó khăn.
Việc nghiên cứu và tìm ra hệ truyền động phù hợp để thay thế cho hệ điều khiển bằng khuyếch đại từ của động cơ quay chi tiết máy mài tròn 3K225B là rất cần thiết do những khó khăn gặp phải trong quá trình này.
Hệ truyền động quay chi tiết sử dụng khuyếch đại từ để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ, nhưng bộ khuyếch đại này không có cuộn dịch riêng Cuộn điều khiển CK3 thực hiện nhiệm vụ chuyển dịch dựa vào dòng không tải của khuyếch đại từ, tuy nhiên, dòng này rất nhỏ nên tác dụng chuyển dịch không đáng kể Khuyết điểm lớn nhất của sơ đồ này là khi mạch cuộn điều khiển bị đứt, động cơ có thể tăng tốc quá mạnh.
NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
a.Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:
Trong phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, bộ biến đổi cung cấp điện áp một chiều cho mạch phần ứng Do nguồn điện có công suất hữu hạn, các bộ biến đổi đều có điện trở trong R và điện cảm L không bằng không.
Sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ( hình 3.1 )
Trong đó thành phần E b (U dk ) đƣợc tạo ra bởi bộ biến đổi và phụ thuộc vào
Hình 3.1 : sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập Trong chế độ xác lập ta có các phương trình đặc tính như sau :
Đường đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng cho thấy rằng độ cứng của đặc tính cơ không thay đổi khi từ thông động cơ được giữ ổn định Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp Udk của hệ thống, cho thấy rằng phương pháp điều chỉnh này đạt được độ cứng tối ưu.
U Để xác định đƣợc giải điều chỉnh ta có :
Tốc độ tối đa của hệ thống bị giới hạn bởi đặc tính cơ tự nhiên, cụ thể là đường đặc tính ứng với điện áp phần ứng và từ thông kích từ ở mức định mức.
Tốc độ tối thiểu của hệ thống bị hạn chế bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô-men khởi động Khi mô-men tải đạt mức định mức, tốc độ tối đa và tối thiểu được xác định theo công thức: max 0 max M dm.
(3.5) Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có momen ngắn mạch là :
(3.6) Trong đó Km là hệ số quỏ tải về momen
Vì họ đường đặc tính cơ tạo bởi phương pháp này là các đường thẳng song song, ta có độ cứng đặc tính cơ:
Với một cơ cấu máy cụ thể, các giá trị như 0 max, Mdm và Km là xác định, dẫn đến phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng đặc tính cơ Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ qua các thiết bị nguồn điều chỉnh, điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng của động cơ, từ đó có thể tính toán sơ bộ.
Với tải có đặc tính momen không đổi, giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ không vượt quá 10 Do đó, đối với các hệ truyền động yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, việc sử dụng các hệ thống hở như vậy là không khả thi.
Trong phạm vi phụ tải cho phép, các đặc tính cơ tĩnh của hệ truyền động một chiều kích từ độc lập được coi là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng, độ cứng của các đặc tính cơ trong toàn bộ dải điều chỉnh là như nhau Điều này dẫn đến việc độ sụt tốc độ tương đối có thể đạt giá trị lớn, miễn là tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh, sai số tốc độ không vượt quá giá trị cho phép Do đó, hệ truyền động sẽ hoạt động với sai số luôn nhỏ hơn sai số tốc độ cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh.
Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất min 0 min
Để tính chọn giá trị tối thiểu của độ cứng đặc tính cơ mà không vượt quá sai số cho phép, thường cần xây dựng hệ truyền động kiểu vòng kín Trong quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng, từ thông được giữ nguyên, dẫn đến momen tải cho phép của hệ sẽ không đổi.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là phương pháp hiệu quả khi momen tải ổn định trong toàn bộ dải điều chỉnh Tuy nhiên, việc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ thống Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ theo nguyên lý điều chỉnh từ thông, việc giảm dòng điện kích từ trong khi giữ điện áp phần ứng không đổi là rất quan trọng Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến momen điện từ của động cơ và sức điện động của nó.
Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến vỡ vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là phi tuyến : dt w d r r i e k k b k k
(3.12) Trong đó : rk : điện trở kích từ
Rb : điện trở nguồn điện áp kích thích
Wk : số vòng dây của dây quấn kích thích Ở chế độ xác lập :
(3.13) Đường đặc tính cơ khi điều chỉnh từ thông được thể hiện trên hình 3.2
Hình 3.2: đặc tính cơ điện (a) và đặc tính cơ (b) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi điều chỉnh từ thông, điện áp phần ứng được duy trì ổn định ở mức định mức, và đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh là đường đặc tính cơ tự nhiên Tốc độ tối đa của giải điều chỉnh từ thông bị giới hạn bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Điều này xảy ra khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ, theo mối quan hệ: nt dm ktnt ktdm.
Từ thông kích từ dưới một cực từ tỷ lệ bậc nhất với dòng kích từ của động cơ, khi
I kt thay đổi thì cũng thay đổi theo : dm nt ktdm ktnt I k k
I (3.14) dẫn tới : tn nt dm nt k
Nếu gọi x là độ suy giảm từ thông nt x dm ta có : nt tn x là giá trị tốc độ không tải khi giảm từ thông
Tốc độ động cơ tăng cao làm giảm chất lượng chuyển mạch của cổ góp điện, do đó cần phải giảm dòng điện phần ứng về mức cho phép để duy trì điều kiện chuyển mạch bình thường Hệ quả là momen trên trục động cơ giảm nhanh chóng Ngoài ra, ngay cả khi dòng điện phần ứng được giữ nguyên, độ cứng đặc tính cơ cũng giảm nhanh khi từ thông kích thích giảm.
Phương pháp điều chỉnh từ thông động cơ cho phép thay đổi tốc độ không tải, với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ tự nhiên Tuy nhiên, tốc độ lớn nhất trong dải điều chỉnh lại bị hạn chế.
Khi giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ, độ cứng của đặc tính cơ sẽ giảm rõ rệt Điều này gây khó khăn cho những cơ cấu yêu cầu độ cứng điều chỉnh cao và vùng điều chỉnh rộng.
Dựa trên đặc điểm truyền động của động cơ quay chi tiết máy mài 3K225B và phương pháp truyền động yêu cầu, phân tích cho thấy phương pháp điều chỉnh bằng cách giảm điện áp phần ứng là tối ưu nhất Phương pháp này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cơ bản của hệ truyền động, đảm bảo hiệu suất và tính ổn định trong quá trình hoạt động.
Dải điều chỉnh phù hợp D = 10/1
Độ cứng đặc tính cơ không đổi trong toàn dải điều chỉnh
Thực hiện điều chỉnh vô cấp một cách dễ dàng
Sơ đồ điều khiển đơn giản dễ thực hiện
Momen tải cho phép của hệ không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh, phù hợp với đặc điểm của hệ truyền dộng quay chi tiết máy mài 3K225B.
CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG
3.2.1 Hệ truyền động máy phát - dộng cơ một chiều (F-Đ):
Hệ F-Đ là hệ truyền động sử dụng máy phát điện một chiều kích từ độc lập làm bộ biến đổi, thường được điều khiển bởi động cơ không đồng bộ ba pha quay với tốc độ máy phát được coi là không đổi Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ Tính chất của máy phát điện đƣợc xác định bởi 2 đặc tính từ hoá
- Sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ và đặc tính tải
- Sự phụ thuộc của điện áp trên 2 cực máy phát vào dòng tải
Các đặc tính này là phi tuyến, trong tính toán ta có thể tuyến tính hoá các đặc tính này
Khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy phát, tốc độ không tải của hệ thống sẽ được điều chỉnh mà không làm thay đổi độ cứng của đặc tính cơ Ngoài ra, việc điều chỉnh kích từ của động cơ cũng cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ.
Hệ F-Đ có những ưu điểm nổi bật như chỉ tiêu chất lượng tương tự hệ điều chỉnh điện áp phần ứng, khả năng chuyển đổi trạng thái linh hoạt và khả năng quá tải lớn Ngoài ra, hệ thống này cho phép thực hiện đảo chiều quay dễ dàng và có thể hoạt động ở chế độ điều chỉnh cả hai phía, bao gồm kích thích cho máy phát và động cơ.
Hệ F - Đ gặp phải nhiều nhược điểm, trong đó nổi bật là việc sử dụng nhiều máy điện quay, yêu cầu tối thiểu hai máy điện một chiều, dẫn đến tiếng ồn lớn Công suất lắp đặt máy phải gấp ba lần động cơ chấp hành, làm tăng chi phí lắp đặt và kích thước cồng kềnh Thêm vào đó, các máy phát một chiều có từ dư và đặc tính từ hoá có độ trễ, gây khó khăn trong việc điều chỉnh tốc độ chính xác.
3.2.2.Hệ truyền động xung áp - động cơ điện một chiều ( XA-Đ )
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có thể thực hiện bằng phương pháp xung áp, thông qua việc đóng ngắt động cơ vào nguồn với tần số cao Phương pháp này giúp băm nhỏ điện áp đưa vào động cơ, từ đó xác định được các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện phần ứng Uƣ, Iƣ, cũng như sức điện động của động cơ khi khóa S được đóng và ngắt liên tục Các thông số của mạch và luật đóng ngắt khóa cần được biết trước để thực hiện chính xác Sơ đồ khoá điều khiển được thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của khoá điều khiển S trong hệ điều chỉnh xung áp mạch đơn
Hệ điều chỉnh xung áp cũng có thể thực hiện việc đảo chiều động cơ bằng sơ đồ bộ điều chỉnh xung áp loại B kép (hình 3.5)
Hình 3.5: sơ đồ nguyên lý truyền động đảo chiều điều chỉnh xung áp loại B kép
- Hệ điều chỉnh xung áp có momen tới hạn lớn làm việc nhịp nhàng phù hợp với cơ cấu tải nâng hạ, độ nhạy cao, tốc động nhanh…
Hệ thống sử dụng các bộ khóa điện tử cho phép điều chỉnh điện áp ra tải khi có nguồn một chiều cố định sẵn có.
Các bọ băm xung áp một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn một chiều với tải một cách chu kỳ Phần tử chính trong mạch là các van bán dẫn, và khi hoạt động với nguồn một chiều, các loại Tiristor không tự động được khóa ở giai đoạn âm của điện áp như khi làm việc với nguồn xoay chiều Do đó, mỗi sơ đồ cần có một mạch chuyển dựng để khóa Tiristor, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Khóa cƣỡng bức gặp nhiều khó khăn trong việc thực hiện trên thực tế Hiện nay, để điều khiển đóng ngắt trong dải công suất vừa và nhỏ, người ta thường sử dụng các loại van bán dẫn như Tranzitor MOSFET và IGBT Đối với dải công suất lớn, Thyristor vẫn là lựa chọn cần thiết.
Hiệu suất của hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi dải điều chỉnh quá lớn, dẫn đến độ an toàn và độ tin cậy kém, điều này thường chỉ được ghi nhận trên lý thuyết chứ không phải trong thực tế.
- Vậy không lên sử dụng phương pháp này để thay thế hệ truyền động quay chi tiết của máy mài bởi hệ có dải điều chỉnh lớn
3.2.3.Hệ thống chỉnh lưu - động cơ điện một chiều ( T - Đ )
Hệ truyền động T - Đ sử dụng động cơ điện một chiều, cho phép điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp áp dụng lên phần ứng hoặc điện áp mạch kích từ Việc điều chỉnh này được thực hiện thông qua các bộ biến đổi sử dụng Thyristor.
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hệ T-Đ
Trong hệ T - Đ, bộ biến đổi điện sử dụng các mạch chỉnh lưu điều khiển hoặc bán điều khiển, với sức điện động E d phụ thuộc vào giá trị của góc điều khiển Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động, có thể áp dụng các sơ đồ chỉnh lưu phù hợp Việc phân biệt các sơ đồ này dựa vào nhiều yếu tố khác nhau.
- Số pha : 1 pha, 3 pha, 6 pha…
- Sơ đồ nối : hình tia, hình cầu…
- Số nhịp : Số xung áp đập mạch trong từng chu kỳ của điện áp nguồn
- Khoảng điều chỉnh : là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ độ
- Chế độ năng lượng : chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc…
Hệ truyền động quay của máy mài có tính chất dòng tải liên tục, không yêu cầu đảo chiều quay động cơ Trong phần giới thiệu này, chúng ta sẽ không đề cập đến các hệ chỉnh lưu có chức năng đảo chiều và các hệ nghịch lưu Đặc tính của hệ T - Đ cũng sẽ được khám phá trong bối cảnh này.
Trong hệ T - Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu Thyristor, dũng diện chỉnh lưu cũng chớnh là dũng điện phần ứng của động cơ
Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và tính chất của tải Trong hệ thống truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (tải R-L) hoặc mạch phần ứng động cơ (tải R-L-E).
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chộ độ dòng liên tục :
(3.17) Độ cứng đặc tính cơ của hệ là :
R k dm ) 2 là công thức tính tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ, trong đó R bao gồm điện trở của phần ứng động cơ và điện trở của các phần tử nối tiếp với phần ứng động cơ.
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị của góc điều khiển : dm d k
Hình 3.7: Họ đặc tính cơ của hệ T-Đ
Tốc độ không tải lý tưởng chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài Tuy nhiên, do ảnh hưởng của vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tưởng thực tế thường lớn hơn so với giá trị lý thuyết.
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN
Để cung cấp điện cho động cơ điện một chiều từ lưới điện xoay chiều, cần sử dụng thiết bị biến đổi, chủ yếu là bộ biến đổi van điều khiển Thời gian mà các bộ biến đổi cho phép dòng điện đi qua được gọi là khoảng dẫn, trong khi thời gian không cho phép dòng điện đi qua là khoảng không dẫn Điện áp được điều chỉnh bằng cách thay đổi thời gian làm việc của van trong khoảng thông Các loại van có điều khiển hạn chế thường được sử dụng, cho phép điều chỉnh thời điểm bắt đầu khoảng thông nhưng không thể ngắt mạch khi dòng điện chưa giảm về không Việc điều chỉnh điện áp do đó phụ thuộc vào thời điểm thông van và góc thông chậm Giá trị trung bình của điện áp và dòng điện của bộ biến đổi được xác định bởi các thông số và sơ đồ nối của nó Tất cả các sơ đồ điện hiện có được chia thành hai loại: sơ đồ có đầu không (sơ đồ tia) và sơ đồ cầu (sơ đồ hai nửa chu kỳ).
Trong các sơ đồ đầu không, điện áp được chỉnh lưu là một nửa sóng của hệ thống điện áp xoay chiều Đặc điểm của các sơ đồ một nửa chu kỳ là trong thời gian chuyển mạch, dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở Do đó, dòng điện trong mạch phụ tải phụ thuộc vào sức điện động pha làm việc của máy biến áp, trong khi độ sụt áp trong bộ biến đổi được xác định bởi độ sụt áp bên trong pha đó.
Trong sơ đồ cầu, điện áp được chỉnh lưu từ cả hai nửa sóng của hệ thống điện áp xoay chiều Trong suốt chu kỳ chuyển mạch, hai van hoạt động đồng thời, cho phép dòng điện phụ tải chảy qua hai van và hai pha của máy biến áp nhờ vào hiệu số sức điện động của các van tương ứng Sau mỗi chu kỳ biến thiên của điện áp xoay chiều, tất cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia vào quá trình làm việc.
3.3.1.Chỉnh lưu một nửa chu kỳ
Sơ đồ nguyên lý và đồ thị dạng điện áp và dòng điện đƣợc thể hiện trên hình 3.8
Trong đồ thị hình 3.8 (b), góc mở của van biểu thị góc dẫn dòng Do tải có tính điện cảm, đường cong dòng điện kéo dài ra ngoài khi điện áp tăng.
Ud đó chuyển sang chu kỳ âm
Khi T i không dẫn dòng ta vẫn có U d = E d là sức điện động của tải (ở đây là sđđ của động cơ) Chế độ dòng điện của mạch là gián đoạn
Hình 3.8: sơ đồ nguyên lý (a) & giản đồ điện áp (b)
Khi van dẫn dòng ta có phương trình cân bằng áp : dt
Giải phương trình theo phương pháp xếp chồng ta có:
Hằng số tích phân C đƣợc xác định theo chế độ dòng điện Đặt góc * tính từ thời điểm qua 0 của điện áp nguồn tạo thành Ud
2 Khi dòng gián đoạn ta có i( *) = 0, ta có quy luật dòng điện :
(3.21) Bằng cách giải phương trình siêu việt ta tính được tham số U d
Với d là thời gian tồn tại của dòng điện trong một chu kỳ chỉnh lưu d d d d R
Hệ số sử dụng biến áp của sơ đồ xấu :
Chất lƣợng điện áp ra xấu, trị số điện áp tải trung bình lớn nhất
Ud = 0,45U2 (tương ứng với góc mở = 0) (3.24) là loại chỉnh lưu cơ bản với sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản Tuy nhiên, chất lượng kỹ thuật như điện áp một chiều và hiệu suất sử dụng của biến áp rất kém, dẫn đến việc loại chỉnh lưu này ít được áp dụng trong thực tế.
3.3.2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ
Sơ đồ nguyên lý, đồ thị điện áp chỉnh lưu được thể hiện trên hình 3.9
Trên sơ đồ sử dụng biến áp có điểm giữa với các thông số :
Trong sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp, mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn, dẫn đến việc sóng điện áp tải trùng với điện áp cuộn dây có van dẫn trong cả hai nửa chu kỳ Tần số đập mạch của sơ đồ này bằng 2 lần tần số đập mạch của điện áp xoay chiều.
Trường hợp dòng tải là gián đoạn :
Khi T1 ta có phương trình : d
Dòng id có thể là dòng liên tục hoặc gián đoạn, tùy thuộc vào giá trị các tham số của mạch Biến đổi biểu thức (3.27) cho ta kết quả dX di d.
Trường hợp dòng điện gián đoạn :
(3.30) Trong trường hợp dòng liên tục ta có :
(3.32) Trong sơ đồ nay điện áp mà các van phải chịu là lớn nhất U ng max = 2 2 U 2
Do các van chỉ dẫn trong 1/2 chu kỳ của điện áp nguồn nên dòng trung bình qua van Itbv 2
, trị số dòng hiệu dụng chảy qua van I hd = 0,71Id
So với chỉnh lưu 1 pha nửa chu kỳ, sơ đồ chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ mang lại chất lượng điện áp tốt hơn Dòng điện qua van không quá lớn, dẫn đến tổng điện áp rơi trên van nhỏ Đối với chỉnh lưu có điều khiển, sơ đồ này cho phép điều khiển các van bán dẫn một cách đơn giản Tuy nhiên, việc chế tạo biến áp với hai cuộn dây thứ cấp giống nhau, mỗi cuộn chỉ hoạt động trong một nửa chu kỳ, làm cho quá trình sản xuất biến áp trở nên phức tạp và hiệu suất sử dụng biến áp không cao (S ba 1,48Pd), trong khi điện áp ngược đặt lên van lại rất lớn.
3.3.3 Chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển
Sơ đồ mạch chỉnh lưu tia 3 pha hình tia được trình bày trên hình 3.10
Sơ đồ mạch van bao gồm biến áp 3 pha với đấu Y ở phía thứ cấp và có trung tính, cùng với 3 van bán dẫn được kết nối theo kiểu cathode chung Điện áp được cung cấp trên thứ cấp của biến áp nguồn.
Từ đó ta nhận thấy rằng tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp của một pha dương hơn hai pha còn lại
Hình 3.10: Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha(a) đồ thị điện áp và dòng điện(b)
Nguyên tắc điều khiển Thyristor yêu cầu anot của Thyristor phải có điện áp dương để được kích mở Thời điểm giao nhau giữa hai trong ba pha được gọi là điểm chuyển mạch tự nhiên.
Vậy góc mở nhỏ nhất của sơ đồ sẽ là dịch pha 30 0 so với điện áp pha
Giá trị trung bình của điện áp tải :
Với Id là điện kháng chuyển mạch :
( A ) (3.36) Điện áp ngƣợc cực đại đặt lên van bằng điện áp dây của thứ cấp biến áp nguồn Ungmax = 2,45.U2
Dòng điện qua van trong cả 2 trường hợp dòng gián đoạn hay liên tục thì dòng trung bình qua van đều bằng
So với chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu hình tia ba pha mang lại chất lượng điện áp một chiều tốt hơn với biên độ điện áp đập mạch thấp hơn và thành phần sóng hài bậc cao nhỏ Việc điều khiển các van bán dẫn trong hệ thống này tương đối đơn giản Do dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp biến áp là một chiều, biến áp ba pha ba trụ tạo ra từ thông xoay chiều không đối xứng, dẫn đến công suất biến áp lớn hơn, cụ thể là Sba = 1,35.Pd Sơ đồ này yêu cầu sử dụng biến áp, với điện áp ngược đặt trên van lớn bằng 2,45U2 Tuy nhiên, việc chọn van cho tải yêu cầu điện áp lớn gặp nhiều khó khăn.
Khi công suất tải lớn so với biến áp nguồn cấp sẽ gây mất đối xứng cho nguồn lưới
Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha là lựa chọn phổ biến cho các tải yêu cầu không quá cao về chất lượng điện áp một chiều Đặc biệt, với tải có điện áp một chiều định mức 220 V, sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
Theo sơ đồ chỉnh lưu trực tiếp từ lưới 220V, điện áp một chiều tối đa có thể đạt được là 257,4 V (tính theo công thức 220V x 1,17) Để đạt được điện áp một chiều 220V, không cần thiết phải chế tạo biến áp; chỉ cần sử dụng 3 cuộn kháng anot cho van là đủ.
3.3.4 Chỉnh lưu cầu một pha a Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng
Mạch chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển bao gồm 4 van bàn dẫn T1, T2, T3, T4 Trong đó, T1 và T3 tạo thành nhóm katot chung, còn T2 và T4 là nhóm anot chung Nguồn xoay chiều được sử dụng trong mạch có thể được lấy trực tiếp từ lưới điện hoặc thông qua biến áp.
Hình 3.11: sơ đồ nguyên lý (a) & giản đồ điện áp (b) chỉnh lưu cầu 1 pha
Trong nửa chu kỳ đầu, khi điện áp dương được áp dụng vào Anot T1 và điện áp âm vào Katot T2, nếu có xung kích mở cho cả hai van, điện áp lưới sẽ được đưa vào tải Ở nửa chu kỳ tiếp theo, khi điện áp anot T3 dương và katot T4 âm, nếu có xung kích mở cho cả hai van, chúng sẽ thông, tạo ra điện áp ra trên tải là một chiều, trùng với chiều của nửa chu kỳ trước Do ảnh hưởng của điện cảm trong mạch tải, dòng I d sẽ duy trì liên tục.