CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG NHIỀU ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG CHUYỂN ĐỘNG TRỤC CÁN 1. Ứng dụng hệ truyền động nhiều động cơ trong máy sản xuất Trong công nghiệp, hệ truyền động nhiều động cơ được ứng dụng trong hai trường hợp: - Trường hợp thứ nhất: Máy sản xuất có công suất lớn và rất lớn, trường hợp này nếu dùng một động cơ thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn như: khó khăn trong quá trình lắp đặt, quả trình sửa chữa hay khởi động động cơ. Vì vậy, trong trường hợp phụ tải lớn và rất lớn thì người ta hay sử dụng nhiều động cơ sẽ khắc phục được nhược điểm của hệ dùng một động cơ công suất lớn và rất lớn. - Trường hợp thứ hai: Từ yêu cầu công nghệ của máy sản xuất hệ điều khiển chuyển động phải dùng nhiều động cơ.
Đó là hệ điều khiển chuyển động trong dây chuyền cán kim loại, các hệ điều khiển chuyển động trong công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, vv. Trong hệ truyền động nhiều động cơ có thể dùng một loại động cơ, song các động cơ này phải có cùng một đặc tính cơ để quá trình làm việc phụ tải sẽ được cân bằng trong các động cơ truyền động, trường hợp này được dùng trong hệ điều khiển chuyển động có yêu cầu điều khiển chất lượng thấp, phụ tải không biến động, không điều chỉnh tốc độ. Đối với những hệ điều khiển chuyển động phức tạp thì phải dùng hệ truyền động chất lượng cao mới thỏa mãn được các yêu cầu của máy sản xuất. Hệ thống điều khiển chuyển động trục cán kim loại thuộc hệ điều khiển chuyển động này.
Đặc tính phụ tải của hệ truyền động nhiều động cơ 1. Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại Đặc tính phụ tải của máy gia công kim loại có dạng như hình vẽ 1 Trong vùng (1) máy làm việc với chế độ tải Mc nặng, vận tốc cắt gọt thấp 0 ≤ Vc ≤ Vgh. Việc điều chỉnh tốc độ trong vùng (1) phải đảm bảo để M = Mc = LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Công suất Pc biến thiên.
Nếu dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp, từ thông không đổi. Pc Mc Mc Pc (1) (2) 0 Vmin Vgh Vmax Vc Hình 1.1: Đặc tính phụ tải máy gia công kim loại Trong vùng (2) máy sản xuất làm việc với phụ tải Mc bé, tốc độ Vc lớn, Vc càng tăng thì Mc càng giảm, còn Pc không đổi. Nếu dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập để truyền động, khi máy sản xuất làm việc ở vùng (2) việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φgh ≤ Φ ≤ Φđm. Đại bộ phận máy sản xuất làm việc với đặc tính phụ tải theo hai vùng riêng biệt, song cũng có những máy tùy theo công nghệ gia công làm việc cả hai vùng đặc tính phụ tải.
Ví dụ, truyền động chính máy tiền cơ năng khi gia công mặt đầu, ban đầu đường kính vật lớn, máy làm việc trong vùng (1), qua quá trình tiện đường kính vật giảm nhỏ dần máy sản xuất chuyển sang vùng (2). Trong máy gia công kim loại có một hệ truyền động rất quan trọng đó là truyền động cho dây chuyền cán nóng liên tục, hệ truyền động này thường gặp trong những máy cơ khí luyện kim. Vì vậy, phần tiếp theo của luận văn này chúng ta sẽ nghiên cứu loại truyền động này. Đặc tính phụ tải của chuyển động trục cán trong dây chuyền cán liên tục Mô hình dây chuyền cán liên tục được vẽ như hình vẽ 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Hình 1.2: Mô hình cán liên tục Dây chuyền chuyển động này có các chế độ làm việc như sau: a) Chế độ cán thô Ở chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và điều chỉnh lực căng để đồng tốc được thực hiện ở mạch phần ứng động cơ một chiều.
Sơ đồ truyền động dùng hệ Thysistor - động cơ điện một chiều (T - Đ) như sau: + FT2 Uc d + - R Ri M2 Rt Bộ CL FT1 M1 V1 V1’ V2’ V2 + (1) (2) U Lx - Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán thô * Giới thiệu sơ đồ M1, M2: Hai động cơ kéo trục cán 1 và 2 RT: Bộ điều chỉnh lực căng R: Bộ điều chỉnh tốc độ Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện FT1, FT2: Hai máy phát tốc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 * Nguyên lý làm việc của khâu đồng tốc Khi các trục cán đồng tốc với nhau thì tín hiệu bộ điều chỉnh lực căng bằng 0 và không có tín hiệu ở đầu ra. Trong quá trình làm việc nếu giữa các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì đầu vào bộ điều chỉnh lực căng RT xuất hiện tín hiệu U và có tín hiệu ở đầu ra. Tín hiệu này đưa đến bộ R và tới Ri làm thay đổi tín hiệu Udk khi tới bộ biến đổi, bộ biến đổi sẽ điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ M2 dẫn đến thay đổi tốc độ của trục cán hai đồng tốc với tốc độ của trục cán một thì tín hiệu vào RT = 0. Chế độ này trục cán làm việc giai đoạn đầu của quá trình cán.
Mc lớn, hệ thống trục cán làm việc trong vùng (1) của đặc tính phụ tải (Hình 1. Cụ thể được minh họa ở hình 1. Pc Mc Mc Pc (1) (2) 0 Vgh Vc Hình 1.4: Đặc tính phụ tải của quá trình cán thô b) Chế độ cán tinh Ở chế độ cán tinh, việc điều chỉnh tốc độ, ổn định tốc độ và đồng tốc được thực hiện bởi mạch kích từ. Sơ đồ truyền động dùng hệ T - Đ như sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 M FT -n Ud + R Ri ư Cct Rikt RT Imin Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh đồng bộ tốc độ ở chế độ cán tinh * Giới thiệu sơ đồ M: Động cơ truyền động RT: Bộ điều chỉnh lực căng R: Bộ điều chỉnh tốc độ Riư: Bộ điều chỉnh dòng điện Rikt: Bộ điều chỉnh dòng kích từ FT: Máy phát tốc * Nguyên lý điều chỉnh tốc độ Trong sơ đồ này, bộ điều chỉnh lực căng RT có thể làm việc hoặc không làm việc.
Khi giữa các trục xảy ra hiện tượng đồng tốc thì bộ điều chỉnh lực căng không làm việc. Khi đó hai vòng phản hồi là phản hồi âm tốc độ và phản hồi dòng điện phần ứng sẽ kết hợp để thực hiện đồng tốc, còn mạch vòng dòng điện kích từ để ổn định dòng kích từ cho động cơ khi điện áp dao động. Sự thay đổi dòng kích từ phải có giới hạn cố định Imin để chỉ cho phép giảm từ thông tới một giá trị nào đó. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Khi giữa các trục cán xảy ra hiện tượng không đồng tốc thì bộ điều chỉnh lực căng RT làm việc, để tự động điều chỉnh đồng tốc cho các trục cán.
Ở chế độ này, sau khi cán thô vật liệu chuyển sang cán tinh, Mc nhỏ, bề mặt trơn bóng. Khi Mc bé, máy làm việc với Vc lớn. Hệ thống truyền động trục cán làm việc ở vùng (2) của đặc tính phụ tải (Hình 1. Cụ thể được thể hiện ở hình 1.
Pc Mc Pc Mc (1) (2) 0 Vgh Vc Hình 1.6: Đặc tính phụ tải của quá trình cán tinh c) Chế độ cán nối cứng trục động cơ với trục cán Trường hợp trục cán truyền động nối cứng trục với hai động cơ, có nghĩa là quá trình cán tốc độ hai động cơ truyền động cho trục cán không đổi, song khi phụ tải thay đổi cần điều chỉnh để cân tải cho hai động cơ truyền động. Sơ đồ công nghệ của chế độ cán nối cứng trục được minh họa ở hình 1. Giá cán 2 Giá cán 4 Giá cán 6 Giá cán 1 Giá cán 3 Giá cán 5 Phôi thép Đ1 Đ2 Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ máy cán nối cứng trục Sơ đồ nguyên lý của chế độ cán nối cứng trục được thể hiện trên hình vẽ 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 ĐC1 ĐC2 Tải Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý nối cứng trục Đặc tính phụ tải được minh họa như hình 1.
Vc A 0 Mc M Hình 1.9: Đặc tính phụ tải khi nối cứng trục cán với hai động cơ Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ được thiết kế như hình vẽ 1. I1 (-) βI2 e2 I1 (-) βI2 e1 SVF1 Luật TN SVF2 βI2 (-) (-) I1 BĐK Dòng BĐK Dòng β điện 1 điện 2 I2 UA UA UB BBĐ1 BBĐ2 UB UC UC ĐC1 ĐC2 Tải FT Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý tự động điều chỉnh mômen của hai động cơ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Nguyên lý làm việc tự động điều chỉnh mômen như sau: Bộ điều khiển PID mạch vòng tốc độ bên ngoài chung cho cả 2 động cơ với thông số cố định, hai bộ điều khiển PID mạch vòng dòng điện bên trong riêng cho 2 động cơ, bộ điều khiển dòng điện động cơ 1 với thông số cố định, tín hiệu ra của bộ điều khiển này là tín hiệu mẫu, thông số bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2 được hiệu chỉnh dựa trên sai lệch về dòng điện giữa 2 động cơ (Hình 1. Nói một cách khác, bộ điều khiển dòng của động cơ thứ 2 là bộ điều khiển thích nghi được thiết kế dựa trên mô hình mẫu được tạo bởi bộ điều khiển dòng động cơ thứ nhất cùng một phần thông số của động cơ đó. Với cấu trúc này trong quá trình vận hành, dòng điện động cơ thứ nhất được xem là dòng mẫu, động cơ thứ 2 luôn bám dòng động cơ 1 với sai số nhỏ nhất.
Có nghĩa phần ứng động của cả hai động cơ luôn bằng nhau. Từ các chế độ truyền động cho trục cán ở trên đã phân tích, trong bản luận văn này chọn chế độ cán nóng thô để tiếp tục nghiên cứu và khảo sát. Phân tích và chọn phương án truyền động cho cho hệ truyền động cán nóng thô Như trình bày ở trên, chế độ cán thô thường có mômen cản lớn, trong quá trình cán việc điều khiển tốc độ thì mômen là không đổi và và công suất thay đổi, phạm vi điều chỉnh tốc độ không lớn lắm. Với đặc điểm điều khiển phụ tải như trên thì trong thực tế chúng ta thường gặp những hệ thống truyền động như sau: 1.