Thiết kế truyền động cho máy mài tròn

Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
phần iii

tính chọn thiết bị
Đ3-1: mục đích và ý nghĩa
Trong hệ thống truyền động việc chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng, mục
đích của nó là làm giảm vốn đầu t, kích thớc hệ thống mà vẫn đảm bảo các yêu
cầu kỹ thuật.
Trong đó việc chọn động cơ có ý nghĩa rất quan trọng:
Nếu chọn động cơ có công suất nhỏ hơn công suất yêu cầu thì động cơ
luôn phải làm việc quá tải, cách điện trong động cơ sẽ bị hoá già nhanh do nhiệt
dẫn đến tuổi thọ động cơ kém.
Lớp K35IA
53
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
Nếu chọn động cơ có công suất quá lớn sẽ làm tăng vốn đầu t, diện tích
lắp đặt, động cơ luôn làm việc non tải, hiệu suất thấp làm giảm hệ số cos của
hệ thống, ảnh hởng đến chất lợng điện năng.
Do đó ta phải chọn thiết bị sao cho hợp lý nhất, đảm bảo đợc chỉ tiêu kỹ
thuật và kinh tế.
Đ3-2: chọn thiết bị mạch động lực
1. Chọn công suất động cơ
Dựa vào yêu cầu của máy mài vạn năng ta chọn động cơ truyền động có
các thông số sau:
Mã P
đm
U
đm
I
đm
n

đm
L

R

GD
2
hiệu KW V A v/ph H

kgm
2
-21
1,5 220 9 3000 0,0464 12,06 0,045
2. Chọn máy biến áp
Chọn máy biến áp nhằm tạo ra điện áp thích hợp và số pha cần thiết, cách
ly tải với lới điện, hạn chế dòng ngăn mạch, giảm gia tốc tăng của các van.
ở đây ta chọn máy biến áp ba pha có tổ đầu dây /y-1.
a- Điện áp thứ cấp máy biến áp.
Theo công thức kinh nghiệm ta có:
U
2fa
= k
a
.k

.k
v
. k
i
.U

đm
(3-1).
Lớp K35IA
54
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
Trong đó:
-U
đm
: Điện áp định mức của động cơ. U
đm
= 220(V).
- k
u
= 1,1 hệ số dự trữ xét tới sụt áp của lới điện (k
u
=1,1ữ1,5).
- k

: Hệ số kể tới khả năng mở không hết của các van khi điện áp điều
khiển cực đại. Thờng thì k


=1,1.
- k
v
: Hệ số dự trữ xét tới sự sụt áp trên điện trở của máy biến áp và sụt áp
khi chuyển mạch. Lấy k
v
= 1,05.
- k

i
: Hệ số sơ đồ chỉnh lu, với sơ đồ tia ba pha k
i
= 0,855.
U
2fa
= 1,1.1,1.1,05.0,855.220 = 239,13(V).
Trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp:
Trong đó: k
i
= I
2
/I
d
= 0,855 là hệ số phụ thuộc sơ đồ chỉnh lu.
I
2fa
= k
i
.I
đm
= 0,855.9 = 7,695 (A).
Chọn mật độ dòng trong dây dẫn thứ cấp MBA: J
2
= 2,5 A/mm
2
.
Tiết diện dây dẫn thứ cấp là:
S
2

=
==
5,2
695,7
J
I
2
fa2
3,76 mm
2
.
b. Trị hiệu dụng của dòng điện pha sơ cấp MBA:
I
1fa
= k
i
.I
đm
.n
ba
.
n
ba
=
dmfa1
fa2
U
U
: Hệ số biến áp.
I

1fa
= 0,855.9.
380
13,239
= 5,751(A)
Khi J
1
= 2,5 A/mm
2
S
1
=
J
I
fa1
=
3,2
5,2
751,5
=
c. Công suất MBA:
S
tt
= k

.k
s
.k
u
.k

v
.U
1đm
.I
đm
.10
-3
(KVA).
k
s
: hệ số dự trữ công suất lấy bằng 1,2.
S
tt
= 1,1.1,2.1,15.1,05.220.9.10
-3
= 3,0056 (KVA).
Chọn S
tt
= 3 (KVA).
Vậy ta chọn MBA có các thông số sau:
U
1đm
U
2đm
I
1đm
I
2đm
S U
k

V V A A KVA %
380 240 5,751 7,695 3 30
3. Chọn Thyristor
Thyristor là phần tử biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều. Việc
chọn Thyristor phải thoả mãn:
Lớp K35IA
55
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
- Dòng trung bình qua van lúc mở máy.
- Điện áp ngợc đặt lên van.
Vì Thyristor là phần tử bán dẫn nên khả năng quá tải kém, nó bị hạn chế
bởi sự đốt nóng tiếp giáp p - n.
Vậy điều kiện chọn van là:
I
Tđm
I
tbđm
.
U
ngmax
U
tngmax
.
I
tbđm
= k
dt
.
I
m

dm
.
m = 3: số pha.
k
dt
= 2,5: Hệ số dự trữ kể đến lúc mở máy động cơ.
I
tbđm
=
3
9.5,2
= 7,5 (A).
U
ngmax
=
6
.U
2
=
6
.240 = 587,877 (V).
Ta chọn Thyristor do Liên xô cũ chế tạo có các thông số sau [ ].
Mã I
tb
U
im
U
t
off
I

g
U
g
di/dt du/dt
hiệu A KV V
às
A V
A/às V/às
T 25 25 1 1 70 0,3 5 10 20
4. Chọn cuộn kháng san bằng
Do mạch động lực ta dùng sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha nên dạng dòng
và áp ra có tính đập mạch cao, do đó để san phẳng điện áp đập mạch ta dùng
cuộn kháng san bằng vừa để lọc vừa để làm phần tử duy trì dòng điện khi van
dẫn gián đoạn ở vùng điều chỉnh sâu tốc độ. Điện kháng ứng với sóng hài bậc 1
là:
x
1
= .L
1
.
ở đây ta bỏ qua điện trở cuộn kháng vì nó << 1. Cuộn kháng đợc chọn
theo dòng làm việc max của động cơ:
L

=
0
12
I m
U2

= L + L
ck
.
Trong đó U
12
là biên độ sóng hài cơ bản của điện áp chỉnh lu, nó đợc xác
định theo biểu thức:
U
12
=
1


+
+


2/
2/
(U
2
cost + cost)dt.
Lấy = 180
0
ta có:
U
12
=
1

(-239sint
2/3
2/


- sint
2/3
2/


) = 153,4 (V).
Lớp K35IA
56
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
I
0
: Dòng không tải: I
0
= 5%I
đm
= 0,05.9 = 0.45 (A).
m = 3. Số pha mạch chỉnh lu.
= 2f = 314 rad/s: Tỗn số sóng hài cơ bản.
L

=
2 153 4
3 0 45 314
0 51186
. ,

. , .
,=
(H).
Cuộn dây phần ứng động cơ có điện cảm là: L = 0,0464 (H).
L
ck
= L

- L = 0,512 - 0,0464 = 0,4059 (H).
5. Chọn Diod D
0
Diod D
0
mắc song song với phần ứng động cơ và cuộn kháng san bằng
nhằm đảm bảo thu nhỏ triệt để vùng dòng gián đoạn. Nh vậy điều kiện chọn
phải là:
I
đmD0
I
D0
I
đm
.
U
ngD0
U
raBBĐ
.k
dt
U

ngmaxD0
.k
dt
.
Với k
dt
là hệ số dự trữ: K
dt
= 1,2.
U
ngmaxD0
=
2
U
2
.k
dt
=
2
.240.1,2 = 407,3 (V).
I
D0
= I.k
dt
= 9.1,2 = 10,8 (A).
Theo quyển [ ] ta chọn D
0
có các thông số sau:
Mã hiệu I
đm

U
đm
U
ngmax
I
ngmax
A V V A
D
0
- 2A3 30 220 600 3
6. Chọn R - C bảo vệ quá áp cho Thyristor
Trong quá trình làm việc, do chế độ làm việc của Tiristor là chỉnh lu (biến
đổi điện áp), nên khi chuyển đổi từ chế độ khoá - mở - khoá thì trên Tiristor th-
ờng có sự gia tăng đột ngột của dòng và áp, ngời ta gọi đó là gia tốc dòng và áp
di/dt, du/dt. Để đảm bảo cho các van làm việc an toàn thì ta mắc song song với
T một mạch R - C nối tiếp, khi đó biến thiên dòng và áp trên van thong qua tụ C
sẽ đợc giảm nhỏ đi về biên độ. Mặt khác, mạch R - C còn có tác dụng rã mạch
dòng ngợc và tiêu tán trên điện trở R.
Giá trị của R và C đợc xác định theo công thức kinh nghiệm:
C =
[ ]
[ ]
Tdm
ng
ng
0T
3
I
U10
R);F(

U
I10
=

().
Trong đó: - I
T0
là dòng qua van trớc khi xảy ra chuyển đổi.
I
T0
= I
tb
=7,5 (A).
- I
Tđm
=25 (A) là dòng định mức van.
- U
ng
= 1000 (V): Điện áp ngợc cho phép của van.
Hằng số thời gian điện từ:
Lớp K35IA
57
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
T = R.C =
[ ]
[ ]
20
25
5,7.100
I

I.100
I
U10
.
U
I10
Tdm
0T
Tdm
ng
ng
0T
3
===

(s).
Vậy: C = 7,5.10
-3
/1000 = 7,5.10
-6
= 7,5 (àF).
R = 1000.10/25 = 400 ().
Ta có: z
2
= R
2
+ (1/c)
2
= 400
2

+ (1/314.7,5.10
-6
)
2
= 583,4 ().
Dòng rẽ qua mạch nhánh:
I =
.401,0
4,583
240
z
U
2
==
(A).
Điện trở có công suất là:
P = I
2
.R = 72,3 (W).
7. Chọn điện trở hãm
Muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ
ra khỏi nguồn điện một chiều, đồng thời đóng thêm điện trở hãm vào nối kín
mạch phần ứng động cơ.
Tại thời điểm ban đầu khi đóng cắt, do quán tính cơ nên tốc độ động cơ
vẫn cha kịp thay đổi:
=
hbđ
.
nên: E
hbđ

= K.
hbđ
= E
đ
= -U
đm
.
I
hbđ
= -
hh
dm
h
hbd
R06,2
220
RR
U
RR
E
+
=
+
=
+
.
= -
( ) ( )
K
RRI

K
RRI
h hbdh
+
=
+
.
Khi = const thì đặc tính cơ rất cứng khi R
h
nhỏ do M
h
= I
hbđ
.K.
R
h
nhỏ I
hbđ
lớn M
h
lớn t
h
nhỏ hãm nhanh.
Khi R
h
lớn I
hbđ
lớn M
h
nhỏ t

h
lớn hãm lâu.
Về mặt kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho động cơ thì ngời ta thờng chọn
R
h
sao cho I
hbđ
nằm trong giá trị cho phép:
I
hbđ
= (2 ữ 2,5)I
đm
.

220
2 06
2 2 2 2 9 19 8
,
, , . ,
+
= = =
R
I
h
dm
(A).
R
h
=
220 40 788

19 8
9 362

=
,
,
,
).
Lớp K35IA
58
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
Chọn R
h
= 9().
Khi đó: P = I
h
2
.R
h
= (19,8)
2
.9 = 3528,36(W).
Vậy ta chọn R
h
có thông số:
R
h
= 9().
P = 3,53 (KW).
8. Tính toán thông số mạch phần ứng động cơ.

* Điện trở mạch phần ứng:
R

= .(R + R
tx
).
: hệ số quy đổi trong điều kiện làm việc 25
0
ữ 75
0
C.
Thờng = 1,2.
R = 12,06 ().
R
tx
= U
tx
/I
đm
= 2/9 = 0,222 ().
R
tx
: Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp điện.
R

= 1,2.(12,06 + 0,222) = 14,7384 ().
L

= 0,512 (H).
* Hằng số thời gian điện từ:

T = L

/R

= 0,512/14,7384 = 0,03473 (s).
* Hệ số cấu tạo động cơ (Hệ số khuyếch đại):
k
Đ
= 1/k
e
.
k
e
=
02912,0
3000
9.7384,14220
n
R.IU
dm
dm dm
=

=


(V/vòng)
k
Đ
=1/0,02912 = 34,343 (vòng/vol).

* Hằng số thời gian động cơ (T
M
):
T
M
=
eM

2
k.k.375
R.GD
. Với k
M
= 9,55k
e
.
T
M
=
2184,0
)02912,0.(55,9.375
7384,14.045,0
)k.(55,9.375
R.GD
22
e

2
==
(s).

9. Bảo vệ quá dòng cho mạch động lực
Trong quá trình làm việc trị số dòng tải khi bị quá tải lớn sẽ gây ảnh hởng
xấu đến các thiết bị. Để khắc phục tình trạng này ta trang bị mạch bảo vệ, ở đây
ta sử dụng Aptômát.
Điều kiện chọn:
- U
ATđm
U
lới
.
Lớp K35IA
59
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
- I
ATđm
k
pt
.k
i
.k
dt
.I
đm
.
k
qt
= 1,1 ữ 1,2: Hệ số quá tải cho phép.
k
i
= 0,85: Hệ số sơ đồ.

k
dt
=1,2: Hệ số dự trữ Tranzitor.
Dòng thứ cấp chuyển về sơ cấp:
I
1đm
= I
2đm
.W
2
/W
1
= I
2đm
= 9 (A).
I
ATđm
1,2.0,855.1,2.9 = 11,0875 (A).
U
ATđm
220.
2
= 311,12 (V).
Theo bảng tra áptômát trong thiết kế CCĐ ta chọn áptômát có thông số
nh bảng sau:
Kiểu I
đm
G.hạn Cơ cấu ngắt mạch
đ chỉnh T.gian tác động Dòng tác động nhanh
A I

đmcđ
(t
đ
) với tải là k.I
đm.
. khi áp là xoay chiều
A-50-
1,1 1,3 6 50 V 200V 400V
2M-2TQ 16
10ữ16
1
h
30' 1ữ10"
110 125 150
10. Chọn khởi động từ
Điều kiện chọn: Số pha bằng số tiếp điểm chính của mạch động lực (ba
tiếp điểm mạch động lực, một tiếp điểm thờng kín để đóng điện trở hãm).
I
KĐT
= I
tt2
= I
2
.k
dt
= 7,695.2,5 = 19,2375 (A).
U
KĐT
U
lới

= 220.
2
= 311,12 (V).
Tra bảng 4-6 tr 140 - SD-SCKCĐHT để chọn khởi động từ.
11. Chọn cầu dao
Cầu dao trong mạch có nhiệm vụ cách ly mạch động lực khỏi lới điện để
giúp việc sửa chữa, thay thế những h hỏng đợc an toàn tuyệt đối.
Điều kiện chọn.
- U
đmCD
U
đmlới
.
- I
đmCD
I
lvmax
= I
đm
.k
dt
.
U
đmCD
380 (V).
I
đmCD
9.1,2 = 10,8 (A).
Lớp K35IA
60

Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
Đ3-3: chọn thiết bị mạch điều khiển
1. Chọn máy phát tốc
Chọn máy FT so cho có R nhỏ, hệ số khuyếch đại lớn. Dựa vào yêu cầu
của hệ thống và hệ số phản hồi để bố trí máy FT. ở đây máy FT đợc nối trục với
trục động cơ có tỷ số truyền i = 1/2.
Ta chọn máy FT có các thông số nh sau (bảng tra do bộ môn trang bị điện
- tự động hoá cung cấp):
Mã P
đm
U
đm
I
đm
n
đm
R

hiệu W V A v/ph

T32 / IBY4
115 230 0,5 1500 7,34
Hệ số khuyếch đại của máy FT:
Ta có:
1
=
006,0
1500
9
n

U
U
U
.
n
U
dmFT
raFT
FT
ra
dmFT
FT
===
.
Do máy FT đợc nối trục với động cơ qua một bộ truyền có tỷ số truyền i
nên hệ số khuyếch đại của máy FT là:
=
.003,0
3000
1500.006,0
n.
ni
dmFT
Đ
11
===

2. Chọn bộ khuyếch đại trung gian
Để tính đợc hệ số khuếch đại của bộ biến đổi ta xây dựng quan hệ
Lớp K35IA

61
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
U
d
= f(). Quan hệ này đợc xuất phát từ các quan hệ:
U
d
= f()
= f(u
đk
)
U
d
= f(u
đk
).
* Xâydựng đặc tính U
d
= f(

).
Ta có: U
d
=
67,279cos
2
U63
2
=

.cos (V).
Khi cho = 0 ữ /2 ta có các giá trị sau:

0
/12 /6 /4 /3 5/12 /2
Cos
1 0,966 0,86 0,71 0,5 0,25 0
U
d
279,67 270,16 240,5 198,57 139,8 69,92 0
* Xây dựng đặc tính quan hệ U
d
= f(u
đk
)
Thực chất U
d
u
đk
nên ứng với mỗi giá trị của u
đk
ta có những thời
điểm mở van khác nhau. Theo nguyên lý điều khiển pha đứng cho ta quan hệ
giữa u
đk
và nh sau:
=
maxRC
dk
maxra

dk
U
u.
U
u.
=
.
Thờng chọn u
đkmax
= U
ramax
= 80%U
cc
= 0,8.15 = 12 (V).
Khi đó ứng với góc = 180
0
thì: u
đkmax
= U
RCmax
= 12(V).
Do đó: =
maxRC
dk
U
u.
. u
đk
=

maxRC
U.
.
Ta có bảng sau:
(rad)
0
/12 /6 /4 /3 5/12 /2
U
đk
(V) 0 1 2 3 4 5 6
U
d
(V) 297,67 270,16 240,5 198,57 139,8 69,92 0
Quan hệ U
d
= f(U
đk
) cho trên hình vẽ:
Lớp K35IA
62
Đồ án tốt nghiệp Trang bị điện
u (v)
d
u (v)
dk
297,67
270,1
240,5
198,57

139,8
69,92
1 2 3 4 5 6
0
u
dk
d
u
Tuyến tính hoá đờng cong trên đoạn AB ta đợc:
k


=
235,58
4,28,5
22220
U
U
dk
d
=


=


.
2. Hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống
Từ phơng trình mô tả hệ thống:
n = (U - R.I).K

Đ
= {[(U
cđ
- n).K
n
- [I].K
I
.K

- R.I}K
Đ
.
n =
[ ]
I.
n + 1
KKK
n + 1
KIR
n + 1
K.U
ĐI
Đ cd





.
= n

0
- n
1
- n
2
.
ở chế độ bình thờng: I = I - I
ng
= 0 n
2
= 0.
Với K = K
n
.K
I
.K
Đ
.K

là hệ số khuyếch đại của toàn hệ thống, nó đợc xác
định trên đờng đặc tính cơ thấp nhất vì khi này độ sụt tốc độ và hệ số khuyếch
đại phải đạt giá trị max. Ta có:
n = S
t
.n
0min
= S
t
.n
0max

/D =
D).S1(
n.S
t
dmt

(*).
Với n
0min
, n
0max
: Tốc độ không tải lý tởng của động cơ ở đờng đặc tính cơ
thấp nhất và cao nhất.
S
t
5%: Sai số tĩnh cho phép, lấy S
t
= 5%.
D = 10/1: Dải điều chỉnh.
Mặt khác từ PT đặc tính ta có: n = n
1
=
n + 1
KIR
Đ


(**).
Cân bằng hai phơng trình (*) và (**) ta đợc:
Lớp K35IA

63
 §å ¸n tèt nghiÖp  Trang bÞ ®iÖn 
23,95837K
1
3000.05,0
10).05,01.(343,34.9.7384,14
003,0
1
K
1
n.S
D).S1.(K.RI
1
K
dmt
t§
=






−
−
=







−
−
=
Σ
γ
3. HÖ sè khuyÕch ®¹i cña bé khuyÕch ®¹i trung gian
K = K
n
.K
I
.K
§
.K
π
= K
y
.K
§
.K
π
.
⇒ K
y
=
235,58 343,34
23,95837
KK
K

§
=
π
= 47,9195.
Líp K35IA
64