Phân tích chọn phương án truyền động

Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện
Phần thứ nhất
Phân tích chọn phơng án truyền động
Đặc trng cho công nghệ gia công chi tiết bằng phơng pháp mài có yêu cầu rất
cao về độ chính xác kích thớc, độ nhẵn bề mặt. Khi gia công các chi tiết khác nhau
đòi hỏi phải có tốc độ khác nhau.Việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy
sẽ đảm bảo chất lợng sản phẩm và an toàn trong sản xuất, đạt năng suất cao ..... Do
vậy đa số các máy trong quá trình gia công kim loại đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ.
Đối với máy mài vì nó là khâu thực hiện nguyên công cuối cùng nên đòi hỏi độ
chính xác và độ bóng cao nên viẹc điều chỉnh tốc độ cũngđòi hỏi cao.ở máy mài việc
thực hiện điều chỉnh tốc độ quay chi tiết gia công đó là yêu cầu không thể thiếu và hết
sức quan trọng trong khi thiết kế cũng nh vận hành.
I. Chọn động cơ
Trớc khi đi chọn động cơ ta đi phân tích 2 loại động cơ thông dụng :
+ Động cơ điện xoay chiều :
+ Động cơ điện 1 chiều :
1. Động cơ điện xoay chiều
a. Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ 3 pha đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công
suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở dĩ nh
vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật hành an toàn,
sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều 3 pha ( Hình 2).
Xét đặc tính cơ:
Hình2 Sơ đồ nguyên lý động cơ không
đồng bộ
Hình 3 Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ =f(M) trong chế độ động cơ
1
Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện
M
M a S

a S
th th
th
=
+
+ +
2 1( . )
.
S
S
S
S
th
th
Trong đó
S
S
R X
th
mm
=
+
2
1
2 2
'
Mth
U
R R X
mm

=
+ +
2
1 1 1
2 2
2. .( )

1=
2
1
. .

f
P
Tuy nhiên nhợc điểm của loại động cơ này là điều chỉnh tốc độ và khống chế các
quá trình quá độ gặp khó khăn, mômen khởi động nhỏ, dòng khởi động lớn. Mặt khác
do đặc tính cơ có dạng đờng cong (Hình 3) nên việc ổn định tốc độ gặp khó khăn.
Nếu tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc thì chỉ có thể ổn định tốc độ ở điểm làm
việc từ
0
đến điểm A trên hình vẽ. Còn từ điểm A đến M
kđ
là đoạn đặc tính làm việc
không ổn định của động cơ.
Trong thời gian gần đây, do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn công
suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ không đồng bộ đã khai thác đợc các u
điểm của nó và trở thành hệ truyền động có khả năng cạnh tranh có hiệu quả với hệ
truyền động Tiristor - động cơ một chiều. Tuy nhiên việc ứng dụng các kỹ thuật mới
này còn rất hạn chế ở nớc ta do giá thành còn cao.
b. Động cơ đồng bộ

Động cơ đồng bộ 3 pha trớc đây thờng dùng cho loại truyền động không điều
chỉnh tốc độ , công suất trung bình và lớn ( hàng trăm KW đến hàng MW ) , có yêu
cầu ổn định tốc độ cao.
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ đ-
ợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất, từ vài
trăm W ( cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cơ cấu truyền động của tay máy, ngời
máy v.v... ) đến hàng MW ( trong truyền động kéo tàu GTV tốc độ cao, máy cán v.v...
).
Nhận xét:
Ưu điểm của loại động cơ này là có độ ổn định tốc độ cao ( đặc tính cơ tuyệt đối
cứng ở vùng mômen cho phép M Mmax ), hệ số cos và hiệu suất lớn , vận hành có
độ tin cậy cao.
Nhợc điểm của loại động cơ này là việc động cơ tốc độ gặp khó khăn do chỉ có
phơng pháp duy nhất là biến tần nguồn điện. Tuy nhiên, do sự phát triển mạnh mẽ của
kỹ thuật điện tử thì nhợc điểm này đã đợc khắc phục bằng các bộ biến tần công
nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nổi tiếng trên thế giới nh
SIEMENT ( Đức ) , OMRON (Pháp) v.v... nhng do giá thành còn cao cũng nh công
nghệ truyền thống nên chúng cha đợc sử dụng rộng rãi ở nớc ta.
2
Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện
2. Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều do có hai cách mắc cuộn kích từ (mắc nối tiếp và mắc
song song) nên chúng đợc chia làm hai loại động cơ : động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp và động cơ điện một chiều kích từ song song. Ta xét đặc tính của từng loại
động cơ một.
a. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp
là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng
(hình 4.a) , nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở
nhỏ , số vòng ít, chế tạo dễ dàng.

Phơng trình đặc tính cơ:


=
U
K
R
K
M
u u
( )
2
Nhận xét:
Dạng đặc tính cơ biểu diễn trên hình vẽ .Ta thấy đặc tính có dạng hypenbol và
rất mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức. ở vùng dòng điện lớn, do
mạch từ bão hoà nên từ thông hầu nh không thay đổi và đạc tính có dạng gần tuyến
tính . Hơn nữa đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có độ cứng thay đổi
theo phụ tải , do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể biết đợc sự thay đổi của
phụ tải . Vì vậy ta không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có yêu cầu
ổn định cao mà nên sử dụng cho những truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo
tải .
Vậy ta không thể dùng động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp cho công nghệ mài .
b. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Hình 4.a) Sơ đồ nguyên
lý động cơ điện một
chiều kích từ nối tiếp
b) c)
Hình 5-b) Đặc tính tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
c) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
3

Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thờng có cuộn kích từ mắc vào nguồn
một chiều độc lập (hình 6.a) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thể
cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công suất vô
cùng lớn).
Phơng trình đặc tính
cơ:


=
U
K
R
K
M
u u
( )
2
Nhận xét:
So với động cơ điện 1
chiều kích từ nối tiếp thì ta
thấy động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập có từ thông
không phụ thuộc vào phụ
tải mà chỉ phụ thuộc vào
điện áp và điện trở của
mạch kích từ nên khẳ năng
ổn định tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập cao hơn. Mặt khác đặc tính
cơ của nó có dạng đờng thẳng do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ loại
này có dải điều chỉnh rộng do :

M = kI; = const; M = const
Kết luận:
Xét về công nghệ và các nhận xét ở trên thì động cơ một chiều kích từ độc lập rất
phù hợp với yêu cầu kinh tế cà kỹ thuật. Do vậy em đã chọn loại động cơ này.
II. Chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ
(Với động cơ 1 chiều kích từ độc lập )
Từ phơng trình đặc tính cơ:
n =
U
Ce
M r r
C C
u f
e M



+( )
. .
2

ta thấy có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ :
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ.
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi từ thông.
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện ápđạt vào phần ứng động cơ.
1. Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng động cơ
a) b)
Hình 6.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều
kích từ nối tiếp. b) Đặc tính cơ của một động cơ điện
một chiều kích từ nối tiếp

4
Đề tài thiết kế môn học cơ sở truyền động đện điện
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.
Tốc độ không tải lý tởng:


0
=
U
K
dm
dm
Độ cứng đặc tính cơ:


=
+
=
( )
var
K
R R
dm
u f
2
Nhận xét:
Khi thêm điện trở phụ vào mạch

mạch phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ
giảm đi. Với một phụ tải M
c
nào đó, nếu
R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ giảm,
đồng thời dòng điện ngắn mạch và
mômen ngắn mạch cũng giảm (hình 7).
Nh vậy phơng pháp này không thể ổn
định tốc độ cho toàn dải điều chỉnh.
2. Điều chỉnh từ thông
Khi điều chỉnh từ thông:
Tốc độ không tải lý tởng:


ox
dm
x
U
K
= = var
Độ cứng đặc tính cơ:


= =
( )
var
K
R

x
u
2
Nhận xét:
Do cấu tạo động cơ, thực tế thờng
điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì
ox
tăng, còn sẽ giảm.
Ta có đặc tính cơ với
ox
tăng dần và độ
cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm
từ thông (hình 8).
Nh vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù
hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc
độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta
cũng loại bỏ phơng pháp này.
3. Điều chỉnh điện áp động cơ đặt
vào phần ứng động cơ
Khi thay đổi điện áp ta có:
Hình 7. Các đặc tính của động cơ một
chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện
trở phụ mạch phần ứng
Hình 8. Đặc tính của động cơ một
chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
5