BÀI tập lớn TRANG bị điện

Bài tập lớn: trang bị điện

Mục lục:
Phần I : Lời nói đầu
Phần II : Mô phỏng máy tiện 1A660
I. Tổng quan về máy tiện
II. Các phơng trình cơ bản
1. Phơng trình của máy phát
2. Các phơng trình cơ bản của động cơ 1 chiều kích từ song song
III. Mô hình máy phát và động cơ
1. Mô hình máy phát
2. Mô hình động cơ
IV. Các khái niệm chính
1.Tốc độ cắt
2. Lực cắt
3. Công suất cắt
4. Thời gian máy
V.
Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện cỡ nặng 1A660
VI. Chọn thông số cho động cơ
VII. Mô hình động cơ mô phỏng trên Simulink
Phần III : Gia công chi tiết
1.Tính chọn vật liệu gia côngvà các thông số của máy
2. Tính toán chi tiết gia công
Phần IV : Tài kiệu tham khảo


Bài tập lớn: trang bị điện

Phần I: Lời nói đầu
Ngày nay, khoa học phát triển , máy móc dần dần thay thế sức con ngời

trong những công việc nặng nhọc . Nhiệm vụ đặt ra chỉ là lập trình điều
khiển và xác định các thông số đặt trớc cho thiết bị làm việc .
Tuy nhiên, để thực hiện một quá trình công nghệ nào đó thì không hề đơn
giản mà đôi khi gây ra nhiều sai lầm. Nếu không biết trớc đợc các đặc tính
của nó thì chúng ta không thể sửa chữa và có thể gây ra h hỏng thành phẩm
trong quá trình sản xuất. Trong thức tế thì con ngời đã cùng với sự trợ giúp
của máy tính đã biết cách mô phỏng quá trình làm việc trên máy tính và tính
toán các kết quả để có thể thay đổi điều chỉnh cho ra chi tiết , công cụ mong
muốn . Xuất phát từ đòi hỏi trên , trong quá trình nghiên cứu môn trang bị
điện - điện tử máy gia công kim loại , em đa ra mô phỏng đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều dùng trong hệ F - Đ truyền động cho máy tiện trên
simulink, đồng thời tính toán gia công chi tiết cụ thể để máy thực hiện.
Trong quá trình làm có gì sai sót . Em mong thầy giáo chỉ giảng giúp đỡ
em để bài tập này có thể hoàn thành đợc tốt .
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hoàng xuân bình đã chỉ giảng
cho em thực hiện bài tập lớn này .


Bài tập lớn: trang bị điện

Phần ii: Mô phỏng máy tiện 1A660
I . Tổng quan về máy tiện :
Nhóm máy tiện rất đa dạng ,gồm các máy tiện đơn giản ,máy tiện vạn
năng , máy tiện chuyên dùng , máy tiện đứng..
Trên máy tiện có thể thực hiện đợc nhiều công nghệ tiện khác nhau : tiện
trụ ngoài ,tiện trụ trong , tiện mặt đầu , tiện côn , tiện định hình . Trên máy
tiện cũng có thể thực hiện doa , khoan , và tiện ren , bằng daô cắt ,dao doa
kích thớc gia công trên máy tiện có thể từ vài mili đến hàng chục mét.
Dạng bên ngoài của máy tiện nh hình vẽ :

Hình dạng bên ngoài của máy tiện
Trên thân máy 1 đặt ụ trớc 2 ,trong đó có trục chính quay chi tiết .Trên gờ
trợt đặt bàn dao 3 vào ụ sau 4 .Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và
ngang so với chi tiết . ở ụ sau đặt mũi chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài
trong quá trình gia công , hoặc để gá mũi khoan , mũi doa khi khoan ,doa chi
tiết .Sơ đồ gia công tiện ở hình vẽ b .ở máy tiện : chuyển động quay chi tiết
với tốc độ góc ct là chuyển động chính , chuyển động di chuyển của dao 2
là chuyển động ăn dao . Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc , nếu dao
chuyển động dọc theo chi tiết (tiện dọc ) hoặc ăn dao ngang ,nếu dao di
chuyển ngang (hớng kính ) chi tiết ( tiện ngang ) . Chuyển động phụ gồm có
xiết nới xà , trụ , di chuyển nhanh của dao , bơm nớc , hút phoi

II. Các phơng trình cơ bản


Bài tập lớn: trang bị điện
1. Phơng trình của máy phát:
Máy phát đợc quay với tốc độ định mức bằng một động cơ xoay chiều
3 pha.
Sức điện động động cơ phát ra đợc tính bằng biểu thức:
E = K

Trong đó:
: tốc độ quay của rôto máy phát
: từ thông kích từ máy phát
K: hệ số
Phơng trình điện áp kích từ động cơ:
U K = I K .RK + LK

dI K

dt

Lk: điện kháng cuộn kích từ máy phát.
2. Các phơng trình cơ bản của động cơ một chiều kích từ song song:
+ Phơng trình điên áp kích từ:
U K = I K .RK

+ Phơng trình điện áp mạch phần ứng:
U = I U .RU + LU .P.I U + E
E = K. = Cu.

+ Phơng trình mômen:
M Mc = J .P.
M = K I

Ta thành lập đợc phơng trình đặc tính cơ
=

U LU P.I RU + R P

M
K
( K ) 2

Hàm truyền của động cơ một chiều:


Bài tập lớn: trang bị điện
I=

1 / RU
1
(U E ) =
(U E )
RU + LU .P
1 + TU P

III. Mô hình máy phát và động cơ:
1. Mô hình máy phát:

Sức điện động máy phát:
E F = K F F

Chuyển qua hệ toạ độ tơng đối:
E F*
K F F
K F F
=
=
E dm
E dm
K dm dm
E F* = *F F*

2. Mô hình động cơ :
Chuyển qua hệ toạ độ tơng đối với kích từ độc lập ta đợc:
Phơng trình phần kích từ:
U K* = I K*

Hàm truyền động cơ:

Bài tập lớn: trang bị điện
I=

1 / RU
U
E
(

).U dm
1 + TU P U dm U dm

I=

1 / RU
K
(U *
).I dm Rdm
1 + TU P
K dm 0

I* =

1 / RU*
(U * * * )
1 + TU P

Do điện cảm phần ứng nhỏ nên ta bỏ qua ta đợc hàm truyền:
I* =

1
(U * * * )
*.
RU

Tốc độ động cơ tính theo biểu thức :
M Mc
JP
( M * Mc * ).M dm
* . 0 =
JP
*
*
( M Mc ).M dm
* =
JP 0

=

* =

M * Mc *
P.TC

Mặt khác:

M = K I
K I
K I

M* =
=
= *I *
M dm K dm I dm
* =

Với Tc

M * Mc * * I * Mc *
=
P.TC
P.TC

: hằng số cơ học của động cơ

J 0
M dm
I
I* =
I dm

TC =

U* =

U
U dm

R* =

R
Rcb


0
U
Rcb = dm
I dm

* =


Bài tập lớn: trang bị điện
* =


dm

IV . Các khái niệm chính :
1.Tốc độ cắt
Tốc độ cắt là tốc độ chuyển động dài tơng đối của chi tiết so với dao cắt
tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao.
Nó đợc xác định theo công thức kinh nghiệm :

v=

Cv
T m .t xv s yv

[ m/ph]

( 1)

Trong đó :
T - chiều sâu cắt , mm
S - lợng ăn dao, là độ dịch chuyển của dao khi chi tiết quay đợc 1 vòng,
mm/vòng.
T - độ bền dao, là thời gian làm việc của dao giữa 2 lần mài dao kế tiếp, ph
Cv , xv, yv, m là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật liệu
dao và phơng pháp gia công .
2 . Lực cắt
Để tính lực cắt ta dùng công thức kinh nghiệm sau:
x

y

Fz = 9.81.C f .t f s f .v n [ N ]

(2).

Trong đó :CF, xF , yF , n - là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết,
vật liệu dao và phơng pháp gia công .
3. Công suất cắt
Công suất cắt ( công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính )đợc
xác định theo công thức :

Fz .v
Pz =
[kW]
60.1000

4. Thời gian máy

(3)


Bài tập lớn: trang bị điện

Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết. Nó còn đợc gọi là
thời gian công nghệ, thời gian cơ bản, hoặc tjời gian hữu ích.
Để tính toán thời gian máy, ta phảI căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt
gọt và phơng pháp gia công.
Đối với máy tiện :

L
tm =
[ph]
n.s
Trong đó :
L - chiều dài hành trình làm việc, mm;
n - tốc độ quay của chi tiết vg/ph.
60.1000.v
n=
.d
Ta có:
.d .L
tm =
60.1000.v.s
Trong đó : d - đờng kính chi tiết gia công, mm
Từ công thức trên ta thấy muốn tăng năng suất máy ( giảm t ), phải tăng
tốc độ cắt và lợng ăn dao. Do đó ngời ta áp dụng phơng pháp cắt cao tốc.

V . Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy tiện nặng 1A660:
Máy tiện nặng 1A660 đợc dùng để gia công chi tiết bằng gang hoặc thép
có trọng lợng dới 250 kN,đờng kính chi tiết lớn nhất có thể gia công trên
máy tiện là 1.25 m .động cơ tiếp điểm chính có công suất 55 kW .Tốc độ
trục chính đợc điều chỉnh trong phạm vi 125/1 với công suất không đổi,
trong đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ là 5/1 nhờ thay đổi từ thông
động cơ .Tốc độ trục chính ứng với 3 cấp của hộp tốc độ có giá trị nh sau :
+ Cấp 1: n= 1.6 8 vòng/phút
+ Cấp 2: n= 8 40 vòng/phút
+ Cấp 3: n=40- 200 vòng/phút

Truyền động ăn dao đợc thực hiện từ động cơ tiếp điểm chính .Lợng
ăn dao đợc điều chỉnh trong phạm vi 0.064-26.08 mm/vg.
Hình vẽ 1


Bµi tËp lín: trang bÞ ®iÖn

H×nh vÏ 2


Bài tập lớn: trang bị điện

Tiếp điểm chính đợc thực hiện từ hệ thống F-Đ .Điều chỉnh tốc độ động
cơ bằng thay đổi dòng kích từ của động cơ còn íc điệ động của máy phát đợc giữ không đổi .
Máy chỉ có thể làm việc đợc khi tất cả các điều kiện sau đợc đảm bảo :
- Đủ dầu bôi trơn : tiếp điểm DBT kín (ctt K4 có điện )

Bài tập lớn: trang bị điện
- Chiều quay trục chính đã đợc chọn :tiếp điểm CTC1 hoặc CTC2
kín ( rơle 1RLD hoặc 2RLD có điện ).
- Đã đặt tốc độ nào đó : tiếp điểm TĐ kín .
- Các bánh răng trong hộp tốc độ đã ăn khớp hoàn toàn :các tiếp
điểm 1KBR ,2KBR, 3KBR ,4KBR kín .
- Động cơ đã có từ thông : tiếp điểm RNT kín vì rơle RNT tác
động .
ở chế độ làm việc , muốn khởi động động cơ ta ấn nút M1 để quay thuận
hoặc ấn M2 để quay ngợc . Sau khi ấn M1 công tắc tơ LDT tác động ,tiếp đó
các công tắc tơ K1 ,T, Dg , K2 tác động . Cuộn kích từ CKF của máy phát đợc nối vào toàn bộ điện áp nguồn 1 chiều , điện trở kinh tế trong mạch kích
từ động cơ Rd đợc loại bỏ ,điện trở điều chỉnh dòng kích từ động cơ DKT
phân mạch . Do đó dòng điện kích từ máy phát và động cơ đều có giá trị định
mức . Động cơ đợc khởi động giai đoạn 1 (từ thông động cơ là định mức , từ
thông máy phát tăng từ 0 đến định mức ). Khi điện áp máy phát tăng dần đến
định mức , rơle RCB tác động , công tắc tơ K3 có điện , điện trở DKT đợc đa
vào mạch kích từ động cơ ,dòng điện kích từ động cơ giảm xuống trị số tơng
ứng với từ thông lúc đó (đã đặt trớc nhờ DKT ) .Động cơ đợc khởi động giai
đoạn 2 (từ thông máy phát là định mức , từ thông máy phát giảm từ giá trị
định mức đến trị số x tơng ứngvới vị trí của biến trở DKT ) .
Để hạn chế dòng điện phần ứng mạch phần ứng trong thời gian khởi động
,ta dùng rơle RG .Rơle này có 2 cuộn dây tạo ra sức từ động ngợc nhau là
RG1 và RG2 .Bình thờng cuộn song song (cuộn điện áp ) tạo ra sức từ động
đủ lớn hút phần ứng rơle ,do đó điện trở Rf đợc nối tắt và quá trình khởi
động đủ nhanh . Nếu dòng điện phần ứng vợt quá giá trị cho phép thì sức từ
động của cuộn nối tiếp (cuộn dòng điện )đủ lớn làm cho rơle nhả ,td của nó
mở ra và điện trở Rf đợc nối tiếp vào cuộn kích từ máy phát . kết quả dòng
điện phần ứng giảm xuống , dòng phần ứng đợc hạn chế theo nguyên tắc
rung.
Để điều chỉnh tốc độ từ xa ,ngời ta dùng động cơ xecvô Đ1và các nút ấn

M1 , M2, M3 .Gỉa thiết máy đang làm việc bình thờng , muốn có tốc độ lớn
hơn , ta ấn nút M1( đối với chiều thuận ) hoặc M2 ( chiều ngợc ) . Công tắc
tơ LĐT hoặc LĐN tác động , Vì quá trình này, rơle RCB đã tác động lên
cuộn dây rơ le 3RLĐ không có điện . Do đó , chừng nào nút M1 hoặc M2
còn bị ấn thì công tắc tơ KT còn làm việc , động cơ Đ1 còn quay và kéo theo
con trợt biến trở ĐKT theo chiều tăng điện trở , giảm dòng kích từ . Muốn
giảm tốc độ ,ấn nút M3 để tiếp điện cho công tắc tơ KN . Lúc này Đ1 sẽ
quay ngợc kéo con trợt biến trở ĐKT chạy ngợc , làm tăng dòng kích từ động
cơ .
Quá trình hãm bắt đầu xảy ra khi ấn nút D và diễn ra theo ba giai đoạn :


Bài tập lớn: trang bị điện
Đầu tiên là giai đoạn hãm tái sinh do tăng dòng kích từ động cơ lên
giá trị định mức . Trong giai đoạn này công tác tơ K1 mất điện , biến trở
ĐKT bị ngắt mạch . Sức điện động máy phát vẫn đợc giữ định mức . Khi
dòng kích từ động cơ đạt đến giá trị định mức . rơ le RT tác động , cắt điện
cuộn dây công tắc tơ K3 , công tắc tơ T mất điện , cắt điện cuộn kích từ máy
phát .
Động cơ chuyển sang quá trình hãm tái sinh thứ hai do sức điện động
máy phát giảm dần , còn từ thông động cơ đợc ở trị số định mức .
Giai đoạn cuối cùng là hãm động năng , đợc bắt đầu khi điện áp máy
phát giảm đến trị số nhả của rơ le RH . Cuộn dây các công tác tơ Đg và K2
mất điện , cắt phần ứng đông cơ ra khởi máy phát và đóng vào điện trở hãm
Rh .
Trong quá trình hãm , dòng điện phần ứng động cơ đợc hạn chế theo
nguyên tắc rung nhờ rơ le hai cuộn dây RD. Tác động của rơ le này làm tơng
tự nh rơ le RG .
ở chế độ thử máy , sử dụng : ấn nút T T hoặc T N . Lúc này các công
tắc tơ LĐT hoặc LĐN không có điện nên T hoặc N chỉ có điện khi ấn nút T

T hoặc TN .
Trong sơ đồ , đèn DH1 dùng để báo hiệu về trạng thái bình thờng và
đèn Đ2 về trạng thái không bình thờng cuẩ hệ thống dầu bôi trơn . Khi
máy đang làm việc mà không đủ dầu thì không những đèn ĐH2 sáng mà còn
có tín hiệu còi .

VI. Chọn thông số cho động cơ:
Động cơ thực hiện có công suất, điện áp, tốc độ, mômen nh sau:
Pdm=55KW
Udm=220 V
n=4000 v/phút
J=0.5 Kg.m2

dm =0.9

Mômen định mức : Mdm
M dm =

Ta có:

Pdm 55000
=
* 9.55 = 131( Nm)
dm
4000


Bài tập lớn: trang bị điện
Ru = 0.5(1 )

dm =

U dm
I dm

U dm Ru .I dm (0.5 + 0.5 dm )U dm
=
K dm
K dm

K dm =

(0.5 + 0.5 * 0.9) * 220
= 0.499
4000 / 9.55

Dòng định mức: Idm

I dm =

M dm
131
=
= 263( A)
K dm 0.499

Điện trở phần ứng: Ru

Ru = 0.5(1 )

U dm
220
= 0.5(1 0.9)
= 0.042( )
I dm
263

Điện trở cơ bản:

Rcb =



U dm 220
=
= 0.84( ) .
I dm 263

Rcb
1
0.84
=
=
= 20
*
R u Ru 0.042

1 M dm M dm .9.95 131 * 9.95
=
=

=
= 0.65
Tc J .Wo
J .nO
0.5 * 4000

VII. Mô hình động cơ:
Từ phơng trình:


Bài tập lớn: trang bị điện
I* =

1
(U * * * )
*.
RU

* =

M * Mc * * I * Mc *
=
P.TC
P.TC

Ta có mô hình động học của động cơ:


Bài tập lớn: trang bị điện

Hình vẽ mô phỏng: đặc tính cơ động cơ 1 chiều


Bài tập lớn: trang bị điện

Phần III: Gia công chi tiết
1. Tính chọn vật liệu và các thông số của chi tiết:
Hình-vẽ

Chi tiết gia công là thép cácbon. Ta gia công chi tiết này bằng dao thép gió
kích thớc 16x25. Chi tiết gia công gồm 6 nguyên công 1,2,3,4,5 ,6
Nguyên công 1, 3,5 tiện cắt chi tiết (tiện ngang )
Nguyên công 2, 4,6 tiện trụ ( tiện dọc chi tiết )
Vận tốc cắt của chi tiết tính theo công thức:

VZ =

CV
T m .t XV .S YV

(m/ph)

VZ = 0.5.d ct . ct .60.10 3 (m/ph)
Lực cắt chi tiết:


Bài tập lớn: trang bị điện

FZ = 9.81.C F .t X F .S YF .VZ (N)
Công suất cắt:

PZ =

FZ .VZ
60.10 3

(w)

Thời gian máy:
L.10 3
L
=
Vad
ct .s '
s
s' =
2

tM =

tM

(s)

L.2 (0,5.d ct 60.10 3 )
=
VZ s

Trong đó:
T: độ bền dao (giờ)
t: chiều sâu cắt (mm)

s: lợng ăn dao (mm/vòng)
dct: đờng kính chi tiết (mm)
ct: tốc độ quay chi tiết
L: chiều dài gia công (mm )
CV, m, xv, yv, CF, xF, yF: là các hệ số
Ta tra bảng và lựa chọn đợc các thống số nh sau:
*) Nguyên công 1, 3,5 :tiện ngang chi tiết ta chọn:
Cv = 47
Xv =0.15
Yv = 0.8
m = 0.2
t = 0.5 mm
s = 0.6 mm/vòng
tốc độ cắt:

v=

cv
47
=
= 87.(m / phut ).
m xv yv
0.2
0.15
0.8
T .t .s
60 .0.5 .0.6


Bài tập lớn: trang bị điện

*) Nguyên công 2, 4, 6 : tiện dọc chi tiết ta chọn:
Cv = 420
Xv =0.15
Yv = 0.2
m = 0.2
t = 0.5 mm
s = 0.6 mm/vòng
tốc độ cắt:

v=

cv
420
=
= 227.(m / phut )
0.2
0.15
0 .2
m xv yv
60 .0.5 .0.6
T .t .s

Thời gian máy cho từng chi tiết:
tM1 =L . d .3,6 .10-3 =100.100.3,6.10-3 =36 ( s )
tM2 =L . d .1,38 .10-3 =100.50.1,38.10-3 =6.9 ( s )
tM3 =L . d .3,6 .10-3 =20.60.3,6.10-3 =4.32 ( s )
tM4 =L . d .1,38 .10-3 =80.60.1,38.10-3 =6.6 ( s )
tM5 =L . d .3,6 .10-3 =20.60.3,6.10-3 =4.32 ( s )
tM6 =L . d .1,38 .10-3 =50.100.1,38.10-3 =6.9 ( s )
Ta có thể vẽ đờng kích chi tiết theo thời giam máy trên m-file:

Bài tập lớn: trang bị điện

Phần iv: Tài liệu tham khảo
[1] Trang bị điện -điện tử
Máy gia công kim loại Nguyễn Mạnh Tiến - Vũ Quang Hồi
Nhà xuất bản giáo dục

[2] Truyền động điện
Bùi Quốc Khánh Nguyễn Văn Liễn _ Nguyễn thị Hiền
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật,Hà Nội -2004

[3] Điều chỉnh tự động truyền động điện
Bùi Quốc Khánh Nguyễn Văn Liễn _ Phạm Quốc Hải
Dơng Văn Nghi
Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật .

[4] .Matlap $ simulink
Nguyễn Phùng Quang
Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật