kế hệ truyền động cho máy bào giường

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Lời nói đầu.
Ngày nay máy cắt gọt kim loại đặc trng cho các ngành cơ khí chế tạo máy,
gia công kim loại có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh
tếquốc dân, cơ khí hoá có liên quan chặt chẽ đến đIện khí hoá và tự động hoá. D-
ới tác động của khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung,
đối với máy cắt gọt kim loại nói riêng ngày càng đợc cho phép đơn giản về kết
cấu cơ khí của máy sản xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Máy cắt gọt kim loại
đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để
sau khi gia công các chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc
thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thớc và
độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt
kim lọai nh sau:
-Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạng
dao, đặc tính chuyển động v.v , các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản:
tiện, phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng, ren,
vít v.v
-Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng
chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng
pháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng , để gia công các chi tiết
khác nhau về hình dáng, kích thớc. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia
công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kích thớc khác nhau. Máy đặc biệt
là các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích th-
ớc.
-Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt
kim loại thành các máy bình thờng ( trọng lợng chi tiết 100 ữ10.10
3
kg), các máy
cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.10
3
ữ 30.10

3
kg), các máy cỡ nặng (trọng lợng chi
tiết 30.10
3
ữ 100.10
3
kg) và các máy rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.10
3
kg).
-Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình
thờng, cao và rất cao.
Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu
chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu
hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn
một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.
Đựơc s đồng ý của hai thầy giáo Nguyễn Văn Liễn và Bùi Quốc Khánh,
trong tài liệu thiết kế môn học Tổng hợp hệ điện cơ này sẽ trình bày về thiết kế
hệ thống truyền động chính của máy bào giờng 7210 có các số liệu ban đầu nh
sau:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
1
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
- Tốc độ hành trình thuận ( tốc độ cắt ):
v
thuận
= 40 m/phút
v
nghịch

=75 m/phút
- Khối lợng bàn máy và chi tiết gia công :
m
b
+m
ct
= 900+800 =1700kg.
- Bán kính qui đổi lực cắt : = 0,028.
- Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,8.
- Chiều dài hành trình bàn : L
b
= 2,8m
- Lực cắt F
z
= 35kN .
Do thời gian thực hiện ngắn và hạn chế về mặt kiến thức nên trong tài liệu
thiết kế này không thể không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong đợc sự chỉ
dẫn của các thầy cô giáo và những ý kiến đóng góp của các bạn.
Sinh viên
Lê Ngọc Thành Vinh.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
2
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Chơng I : Yêu cầu công nghệ.
Máy bào giờng là loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết.Chiều
dài bàn máy có thể từ 1,5m đến 2m.Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo
có thể chia máy bào giờng làm 3 loại :
Máy cỡ nhỏ: L
b

< 3m , F
k
= 30 ữ 50 KN
Máy cỡ trung bình : L
b
= 4 ữ 5m , F
k
= 50 ữ 70 KN
Máy cỡ lớn : L
b
> 5m , F
k
> 70 KN
Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn
máy.Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ.Mỗi chu kỳ
gồm hai hành trình thuận và ngợc. Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí ban
đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình
ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn
dao.Truyền động phụ là di chuyển nhanh của xà,bàn dao,nâng đầu dao trong một
hành trình không tải.
Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng
Hoạt động của nó nh sau :
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ v
o
= 5 ữ 15 m/p ( tốc độ vào dao ) trong khoảng thời gian t
1
. Sau khi chạy ổn định
với tốc độ v
o
trong khoảng thời gian t

2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
3
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
với tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn
định v
o
cho hết thời gian t
2
thì tăng tốc độ đến v
th
( tốc độ cắt gọt ). Trong thơì
gian t
5
bàn máy chuyển động với tốc độ v
th
và thực hiện gia công chi tiết. Gần hết
hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến v
o
. Sau đó bàn máy đảo chiều
sang hành trình ngợc đến tốc độ v
ng
,thực hiện hành trình không tải, đa bàn máy
về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến tốc độ
v
o
, đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác.
Bàn dao đợc di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình

ngợc sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết.
Tốc độ hành trình thuận v
th
đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt
v
th
=5 ữ ( 75 ữ 120 )m/p.
Để tăng năng suất của máy,tốc độ hành trùnh ngợc chọn lớn hơn tốc độ
hành trình thuận : v
ng
=k. v
th
=(2 ữ 3)v
th
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời
gian : n=l /T
ck
=l /(t
th
+t
ng
) ;T
ck
: thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy.
t
th
,t
ng
:Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc
L :Chiều dài hành trình của bàn máy.

n =
tdcvngLktdcvngLvthL +ì+
=
++ /)1(
1
//
1

t
dc
:Thời gian đảo chiều của máy.
k : Tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và thuận.
Khi chọn v
th
thì năng suất phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều
t
dc
.Khi tăng thì năng suất của máy tăng nhng khi k>3 thì năng suất tăng không
đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều lại tăng.
Nếu chiều dài bàn máy L
b
>3m thì t
dc
ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu
là k . Khi L
b
nhỏ v
th
lớn v

th
= 75 ữ 120 m/p thì t
dc
ảnh hởng nhiều đến năng suất.
Do vậy một trong những đIều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy
bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp đó là
xác định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm
việc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất.
I
tu
=
Jd
Jm
M
Mc
M
Mc
++ 2)(
M : Momen của động cơ lúc khởi động.
M
c
:Momen cản trên trục làm việc
J
m
,

J
d
:Momen quán tính của máy và động cơ.
Nếu coi M

c
= 0 thì:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
4
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
I
tu
=
Jd
Jm
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn
chế bởi:
-Lực động phát sinh trong hệ thống
-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
1.2.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
1.2.1.Truyền động chính.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và
thấp nhất của bàn máy.
D = v
max
/v
min
= v
ngmax
/v
thmin
Trong chế độ xác lập,độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay
đổi từ không định mức đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm,tránh va chạm trong bộ

truyền với tác động cực đại.
Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay.
1.2.2.Truyền động ăn dao.
Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì,trong mỗi hành trình kép
làm việc một lần
Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000 lần/giờ
Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế độ di
chuyển làm việc và di chuyển nhanh.
Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện khí,
thuỷ lực, khí nén Thông thờng sử dụng rộng rãi hệ thống đIện cơ : động cơ điện
và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
5
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Chơng II : Phân tích và chọn phơng án truyền động.
Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và
đảo chiều quay. Nh vậy để thực hiện truyền động cho máy bào giờng ta có thể có
hai phơng án chính sau đây:
Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều có đảo chiều
quay
Dùng hệ truyền động : Bộ biến đổi - động cơ điện xoay chiều có điều chỉnh
tốc độ.
Sau đây ta sẽ đi phân tích hai loại truyền động này từ đó chọn ra một phơng
án truyền động phù hợp.
2.1:Hệ truyền động: Bộ biến đổi - động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều thực hiện đảo chiều bằng hai nguyên tắc sau:
Giữ nguyên chiều dòng phản ứng,đảo chiều bằng dòng kích từ.
Giữ nguyên chiều dòng kích từ ,đảo chiều dòng phản ứng.

2.1.1:Hệ thống truyền động máy phát - động cơ điện một chiều.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
6
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình
L
b
= 3 ữ 5m,F
k
= 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1.
Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt ,
linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn.
Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F và
dòng kích từ động cơ Đ.
Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc :Động cơ , hãm tái sinh , hãm
động năng và hãm ngợc.
Nhợc điểm:
- Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn
- Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu
tốc độ.
2.1.2:Hệ chỉnh lu Thyiristo - Động cơ điện một chiều.
Sơ đồ hệ thống
Thờng dùng cho máy cỡ nặng L
b
> 5m,F
k
> 70KN. Dải điều chỉnh
D = (8 ữ 25 )/1.
Ưu điểm :

Độ tác động nhanh, không gây tiếng ồn và đặc biệt dễ tự động hoá do các
van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.
Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để
nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
7
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Nhợc điểm :
Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng điện áp chỉnh lu ra có
biên độ đập mạnh cao gây tổn thất phụ trong máy điện .Trong các truyền động
công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều. Hệ số cos thấp.
2.2.Hệ truyền động:Bộ biến đổi - Động cơ điện xoay chiều.
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha . Loại động cơ này
đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát trển của công nghệ chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha mới đợc
khai thác hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có
hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - Động cơ.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
8
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Chơng III : Tính chọn thiết bị mạch lực.
I. Tính chọn động cơ truyền động.
1.1. Phụ tải truyền động chính.
Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành lực
cắt và lực ma sát:
F
K
= F

Z
+ F
ms
F
Z
: lực cắt
F
ms
: lực ma sát
a. Chế độ làm việc hành trình thuận .
F
ms
=
[ ]
)(
ctby
mmF ++
à
à
: hệ số ma sát gờ trợt , thờng
à
=0,05 đến 0,08. ở đây ta chọn
à
=0,075
z
F 4,0=
y
F
thành phần áp lực lên dao cắt
b

m
: khối lợngbàn
ct
m
: khối lợng chi tiết
Ta có:
F
ms
=0,075[0,4.3500+10(900+800)] = 2325
Do đó: F
kth
=F
ms
+F
z
= 35000 + 2325 =37325
b. Chế độ không tải.
Khi làm việc không tải, F
y
=F
z
= 0
Do đó F
kng
=F
ms
=0,075.10(900+800) = 1275
1.2. Tính chọn động cơ.
Công suất đầu trục động cơ khi cắt:
1,31

8,0.1000.60
37325.60
.1000.60
.
===

thth
th
VF
P
(kw)
Trong đó V
th
=40m/ph là tốc độ hành trình thuận
Công suất đầu trục động cơ khi quay ngợc không tải có tốc độ không tải
V
ng
=75m/ph là:
2
8,0.1000.60
75.1275
.1000.60
.
===

ngng
ng
VF
P
(kw)

Do đó phải chọn động cơ có P
đm
>P
ttmax
=
31,58
40
75
1,31 ==
th
ng
th
V
V
P
(kw)
Mặt khác , hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động
cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu. Đồng thời , trong thực tế, để động cơ
làm việc an toàn , ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho đông cơ:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
9
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
K
at
= 1,05 đến 1,1
ở đây ta chọn hệ số an toàn là: K
at
= 1,1
Do đó: P

ttđc
= 1,1.P
đc
=64,14(kw)
Nh vậy ta có thể chọn động cơ loại:
112
có các thông số:
P
đm
=70(kw) ; n
đm
=600 (vòng/phút) ; I
đm
=361(A) ;
R + R
cp
= 0,0262
)(
;
R
cks
=24( ) ; I
kt
= 6,55(A) ; n
max
= 1200 (vòng/phút) ;
Số thanh dẩn tác dụng của phần ứng 210;
Số nhánh song song của phần ứng : 2;
Số vòng dây 1 cực của cuộn song song : 750;
Từ thông hữu ích của 1 cực : 48,8;

Mô men quán tính của phần ứng : J = 18 kg.m
2
;
Khối lợng của động cơ : Q(kg) = 1370 (kg) ;
II.Tính toán thời gian quá trình chuyển động của máy
Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng:


Thời gian các khoảng t1, t4, t6, t9, t10, t12, t14 đợc xác định bằng công
thức:
)12(



=
McMqd
j
t
Các khoảng thời gian t2, t3 ,t7, t8 đợc xác định theo kinh nghiệm vận hành.
Chọn t2=t3=t7=t8=0,2(s);
Trong đó: M
qđ
= (2 ữ2,5) M
đm
là mô men động cơ trong quá trình quá độ.
Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kính
quy đổi lực cắt về trục động cơ:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
10

V
0
Vo
Vng
Vth
-Vo
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12 t13 t14
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng


th
V
=
V
th
= 40/60 = 0,667(m/s)
011,0
8,62
667,0
)/(8,62
60
600.14,3.2
60
2
====

=

srad
n

Để có

= 0,028 ta có thể chọn hộp số có tỷ số truyền i= 0,028/ 0,011=3
Mô men phụ tải của động cơ khi đã quy đổi về trục của động cơ:
)(22,495
8,62
10.1,31
3
Nm
P
M
th
th
c
===

Tốc độ vào dao thờng chọn Vo =10 (m/p) =10/60 =0,166 (m/s)
Do đó :
0

= 15,1 (rad/s)
Mômen phụ tải động cơ khi không cắt ( hành trình ngợc):
=
ng

Vng /

=113,64 (rad/s)
M
ng

= P
ng
/
=
ng

2000/113,64 = 17,6 (Nm)
Mômen quán tính của bàn máy quy đổi về trục động cơ
J
m
= J
b
+ J
ct
(Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền)
J
m
= (m
b
+ m
ct
) .

.

=(900 + 800).0,011.0,011 = 0,201
Mômen quán tính của hệ thống:
J = J
m
+ J

d
= 0,201 + 18 = 18,201 (kg.m
2
)
Từ đồ thị tốc độ ta xác định các khoảng thời gian
)(28,0
22,4957,1114.5,2
)7,278,62(201,18
)(
.5,2
)(18,0
7,1114.5,2
7,27.201,18
)(7,1114
60
600 2
10.70
04
01
3
s
MM
j
t
s
M
j
t
Nm
P

M
th
cdm
qd
dm
dm
dm
=


=

=
===
=

==



Trong khoảng thời gian t
6
momen quá độ của động cơ đã đảo chiều:
)(18,0
5,2
)(
)(195,0
22,4957,1114.5,2
)8,627,27(201,18
)(

5,2
0
9
06
s
M
J
t
s
MM
J
t
dm
th
cdm
=


=
=


=

=


Để tính t
5
ta tìm tổng chiều dài hành trình bàn trong các đoạn quá trình quá

độ và di chuyển với V
0
:
0
91
6
0
4
0
320
222
).(.2. V
tt
t
VV
t
VV
ttVtVL
thth
iii
+
+
+
+
+
++==
Do đó

L
i

= 0,3605
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
11
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
L
5
= L-

L
i
= 2,8 0,3605= 2,4395(m)
Do đó ta có thời gian cắt ổn định :
)(66,3
40
60.4395,2
V
th
5
5
s
L
t ===
Tính các khoảng thời giản trong quá trình chạy ngợc:
)(508,1
75
60*885,1
);(885,1915,08,2
)(915,0
2/ 2/).(2/.

)(18,0);(2,0
)(565,0
6,177,1114.5,2
)7,2764,113.(201,18
)(747,0
6,177,1114.5,2
64,113.201,18
11
14013012010
114213
12
10
stmLLL
m
tVtVtVVtVL
sttstt
st
st
ngng
ngngng
=====
=
++++=
====
=


=
=

=
III .Tính chọn bộ biến đổi
Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lu cầu 3
pha
Ngời ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở

của các thyristor.
Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm:
Nhóm catot chung: T
1
, T
3
và T
5
.
Nhóm anot chung: T
4
, T
6
và T
2
.
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:
v
a
=
2
U
2
sin

v
b
=
2
U
2
sin(

-
3
2

)
v
c
=
2
U
2
sin(

-
3
4

)
Góc mở

đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sinus.(Hình II.2)

Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
12
u
d
i
d
Va
Vb
Vc
T1
T3
T4
T6
T2
T5
Tai
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Hoạt động của sơ đồ: Giả thiết T
5
và T
6
đang cho dòng chảy qua. V
F
= v
c
,
V
G
= v

b
.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
13
Utb
ig3
i4
ia
i1
ig1
ig2
Udây(max)
Ud
0
0
Hình II.2.Đồ thị dạng sóng khi góc mở

nhỏ
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Khi

=

1
=
6

+

cho xung điều khiển mở T
1
. Tiristor này mở vì v
a
> 0.
Sự mở của T
1
làm cho T
5
bị khóa lại một cách tự nhiên vì v
a
> v
c
. Lúc này T
6
và
T
1
cho dòng chảy qua. Điện áp trên tải:
u
d
= u
ab
= v
a
- v
b
Khi

=

2
=
6
3

+

cho xung điều khiển mở T
2
. Tiristor này mở vì khi T
6
dẫn, nó đặt v
b
lên anot T
2
. Khi

=

2
thì v
b
> v
c
. Sự mở của T
2
làm cho T
6
bị

khóa lại một cách tự nhiên vì v
b
> v
c
.
Các xung điều khiển lệch nhau /3 đợc lần lợt đa đến cực điều khiển của
các tiristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi một tiristor mở
nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trớc nó:
Thời điểm

1
=
6

+

mở T
1
khóa T
5

Thời điểm

2
=
6
3

+

mở T
2
khóa T
6
Thời điểm

3
=
6
5

+

mở T
3
khóa T
1
Thời điểm

4
=
6
7

+

mở T
4
khóa T
2

Thời điểm

5
=
6
9

+

mở T
5
khóa T
3
Thời điểm

6
=
6
11

+

mở T
6
khóa T
4
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=

+
+






6
5
6
2
.sin.2
2
6
dU
=


cos
63
2
U
(theo TL-1)
Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp:
I
2
=
d

I.
3
2
= 0.816.I
d
(theo TL-1)
Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp máy biến áp:
I
1
=
m
I
2
=
3
2
m
I
d
(theo TL-1)
Công suất tính toán máy biến áp:
S =
2
21
SS +
(theo TL-1)
với S
1
= 3.U
1

.I
1
= 1,047.P
d
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
14
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
S
2
= 3.U
2
.I
2
= 1,047.P
d
Thay số liệu vào ta có : S =
2
21
SS +
= 1,047.P
d

Nhận xét :
- Điện áp chỉnh lu có số lợng xung gấp đôi so với sơ đồ chỉnh lu hình tia 3
pha.
- Số van thờng dung nhiều nên sụt áp trên các van là đáng kể, với yêu cầu
dòng tải nhỏ - điện áp chỉnh lu lớn thì ta thờng dùng sơ đồ này.
Sử dụng đợc hết công suất biến áp.
3.1. Tính chọn van :

Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van:
3
361
3
==
d
vtb
I
I
= 120,3 (A)
Giá trị dòng cực đại qua mỗi van: I
vmax
= I
d
= 361 (A)
Giá trị điện áp ngợc đặt lên mỗi van: U
ngmax
= 2,45.U
2
= 2,45.100 = 245 (V)
Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số
cần của mỗi van trong mạch chỉnh lu cầu ba pha là:
U
ngt
1,6. U
ngmax
= 1,6 .245 = 392 (V)
I
t
1,5. I

max
= 1,5.361 = 541,5 (A)
Ta có thể chọn van T

-800 của Liên Xô(cũ) để chịu đợc các điều kiện
dòng và áp trong mạch. Các thông số của van đợc cho trong bảng sau:
I
tb
U
tm
U
T
off
I
g
U
g
dt
di
dt
du
A V V
às
A V
A/às V/às
800 300-600 1,3 20 1,5 4 150 200
3.2. Tính chọn máy biến nguồn
Máy biến áp nguồn dùng để tạo điện áp U
2
phù hợp với điện áp động cơ và

cách ly phần mạch lực bộ biến đổi với lới điện. Máy biến áp công suất cỡ chục
kVA thuộc loại máy biến áp công suất nhỏ, sụt áp trên điện trở tơng đối lớn
(khoảng 4%) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn (khoảng 1,5%). Điện áp sụt trên
hai thyristor nối tiếp khoảng 2V.
Điện áp chỉnh lu không tải: U
do
= 220.1,055 + 2 = 234V
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y):
3
U
.
23
U
do
2

=
= 100 (V)
Tỷ số máy biến áp: k =
100
380
U
U
2
1
=
= 3,8
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
15

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Dòng thứ cấp máy biến áp: I
2
=
d
I.
3
2
= 294,75(A)
Công suất máy biến áp: P = 3.U
2
.I
2
= 3.100.294,75 = 88,4 (kVA).
3.3. Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện.
Mạch bảo vệ đợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho ngời
vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có
biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thờng xảy ra
nhămg hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải đợc
bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh ngắn mạch
đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết
bị biến đổi.
Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh ngắn mạch ở bộ biến đổi hệ
thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp phần
ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của máy biến
áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền
thống nh cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển nh khoá
thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi,

ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhng nằm ngoài bộ biến đổi,
ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để
bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá
nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp
Bảo vệ trong bộ biến đổi
a. Bảo vệ quá nhiệt.
Khi thyristor đợc điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công suất tổn thất
bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng lớn nhất.
Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết
bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù
chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá
nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cỡng bức. Biện pháp làm mát
thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng
gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nớc trực tiếp chảy
qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nớc) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu
biến thế.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng
phơng pháp làm mát cỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là
k
i
=1,5 và k
u
=1,6.
b. Bảo vệ quá điện áp trên van.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
16
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch
đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân nội tại

gây ra sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá trình làm việc của van
sẽ tạo ra dòng điện ngợc khi khoá van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm
xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đờng dây nối. Mạch
RC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài
mang tính ngẫu nhiên hiện tợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt
không tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đợc chọn dựa vào các trị số
kinh nghiệm: C = 1àF và R = 1K.
Sơ đồ bảo vệ mạch chỉnh lu cầu ba pha có đầy đủ các phần tử bảo vệ quá
dòng và quá áp.
Đ
U
đk
i
KĐ
Chơng IV : Thiết Kế mạch điều khiển.
I. Yêu cầu của mạch điều khiển.
Phát xung vào cực điều khiển của van, đảm bảo van mở nhanh nhạy chính
xác và điều khiển góc mở của van để điều chỉnh điện áp cho nguồn cấp vào phần
ứng của động cơ.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
17
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Từ đó ta có sơ đồ tổng quát của mạch điều khiển nh sau:
Để điều khiển vị trí xung trong nửa chu kỳ dơng của điện áp đặt trên
thyristor, ta sử dụng nguyên tắc điều khiển arccos . Theo nguyên tắc này, ta sử
dụng hai điện áp:
- Điện áp đồng bộ u
s
vợt trớc u

AK

= U
m
sint của thyristor một góc /2, u
s
=U
m
cost.
- Điện áp điều khiển u
cm
là điện áp một chiều có thể điều chỉnh đợc biên độ
qua các bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện R

và R
i
.
Nếu đặt u
s
vào cổng đảo và u
cm
vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi
u
s
= u
cm
ta sẽ nhận đợc một xung rất mảnh ở đầu ra khi khâu này lật trạng thái:
u
cm
= U

m
cos.
Do đó = arccos
)
U
u
(
m
cm
.
Nh vậy, khi điều chỉnh u
cm
từ trị số u
cmmin
đến u
cmmax
ta có thể điều chỉnh đợc
góc điều khiển = (
min
ữ
max
).

u
s
u
cm
u
AK
u

t
2
0
II. Khâu tạo điện áp đồng pha và đa hài.
Mạch này có chức năng tạo ra điện áp trùng pha với điện áp nguồn, ở mạch
này ta dùng khuếch đại thuật toán àA 741 để biến dạng điện áp chỉnh lu
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
18
ĐP
đa hài
trạng thái
So sánh
tạo xung
Phản hồi
dòng điện
PPX
KĐX Biến áp
xung
Xung
chùm
SS+TX
A
R1
R2
R3
IC1
D1
D2
+E1

+15V
-15V
T.Đ.A.
R.C
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng

III. Khâu tạo điện áp răng ca.
Điện áp tựa là một dạng điện áp răng ca biến đổi tuyến tính tạo ra, nhờ có sự
phóng nạp của tụ C mắc theo kiểu tích phân. Phần tử chính của mạch này là tụ
điện C và khuếch đại thuật toán àA 741.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Khi U
B
>0 diot D
3
khoá do bị ngợc cực tính. Lúc này chỉ có tác động qua R
4
-
C
1
nạp cho tụ C1 với một dòng không đổi có giá trị
e
4
1c
tC
R
E
ii
ì===
Điện áp khi nạp:

14
c
1
c
CR
E
dtni
C
1
U
==

tn: thời gian cần thiết để nạp tụ C
1
Khi U
ĐP
<0:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
19
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Diot D
3
thông tụ C
1
phóng điện dòng i
2
chảy từ C
1
qua R

5
-D
3
và có độ lớn
i
2
=5ữ10 i
1
cho tới khi t=tp thì điện áp trên tụ trở về 0 và tụ C
1
lại tiếp tục nạp
theo chu kỳ mới.
IV. Mạch so sánh và tạo xung.
Nguyên lý: Mạch này có nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu U
đk
và U
T
tại những
thời điểm U
T
=U
đk
sẽ phát ra các xung thông qua R
9
và đợc chia thành các xung
nhỏ nhờ chùm xung đa đến R
10
đến cực gốc của transistor Tr1 kích mở nó. Phần
tử chính của mạch là khuếch đại thuật toán có chức năng so sánh và tạo xung.
Chọn khuếch đại thuật tán àA 741 có các thông số kỹ thuật:

-Hiệu điện thế giữa cổng đảo và không đảo U = 30V.
-Điện áp nguồn nuôi : U
nguồn nuôi
=3V đến 22V.
-P
t
=100mW.
-K
o
=5.10
4
.
-d
u
/d
t
=0,5V/àm.
-Nhiệt độ làm việc từ -55ữ125
o
C.
-Z
ra
=60.
-Z
vào
=300k.
-I
ra
=25mA.
Khi nguồn cung cấp là 15V thì:

U
ra
=12V nếu R
t
>10k
U
ra
=10V nếu R
t
2k
V. Khâu tạo xung chùm.
Ta dùng bộ phát xung sinus chữ nhật. Trong sơ đồ này OA thực hiện so
sánh hai tín hiệu Uc và Ur =K*V2
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
20
D1
D2
R1
R2
R3
R4
C
C
R3
R4
R
Uc
Ur
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng

Ta sẽ có :
T=2,2.R.C =1,1.C.(R1+R2)
T1=1,1.C.R1 ; T2=1,1.R2.C
VI. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung.
Điện áp ra từ bộ so sánh + tín hiệu từ mạch tạo xung chùm tạo thành tín
hiệu logic dùng để điều khiển sự đóng mở của transistor. Khi Tr2 khóa ta nhận đ-
ợc một xung ra ở thứ cấp BAX.
VII. Khâu phản hồi tốc độ:
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
21
G1
G4
SSTX
Xc
w1
D1
D
Do1
Do
T1
T4
A1
A4
K1
K4
R10
R9
R11
Rhc

+E2
D6
Tr1
Tr2
D5
R
C
R
T
W
Uw
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Tốc độ truyền động là đại lợng có vai trò quan trọng quyết định tới chất l-
ợng động và tĩnh của truyền động, thờng ngời ta hay dùng máy phát tốc 1 chiều,
xoay chiều và các bộ đo tốc độ xung số
Máy phát tốc 1 chiều tơng tự nh một máy phát 1chiều nhng điện áp của nó
phụ thuộc vào tốc dộ động cơ chứ không phụ thuộc vào điện áp tải và lới do đó
nó có nhiệm vụ đo lờng tốc độ, lấy tín hiệu là điện áp phản hồi về duy trì tốc độ
theo điều kiện đặt trớc. Do đó khâu này có tính chất động và tĩnh của hệ thống
Yêu cầu điện áp máy phát tốc 1 chiều chứa ít thành phần xoay chiều tần số
cao không bị trễ nhiều về giá trị và dấu so với đại lợng đo của động cơ. Nên máy
phát tốc phải có từ thông không đổi trong toàn vùng điều chỉnh tốc độ. Ta cần
hạn chế tổn thất mạch từ bằng việc sử dụng vật liệu từ trở hẹp và lá thép kỹ thuật
mỏng .
- Điện áp đầu ra của máy phát tốc:
U

=K

. - R . I -

U
ct
- Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
K

hệ số tỷ lệ K

= U

/ ; U

= 10V
f là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms
Chọn f = 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:
VIII. Các bộ điều chỉnh R và Ri.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
22
159,0
8,62
10
/8,62
60
.2
===

Ksrad
ndm
dm
( )
p
p
F
ft
001,01
1326,0
+
=
pi
K
pU
pF
p
fF




+
==
1
)(
)(
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
Bộ điều chỉnh là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ điều

chỉnh tự động truyền động điện vì nó đảm bảo chất lợng động và tĩnh của hệ
thống.
Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ:
- Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ
- Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lợng động và tĩnh của hệ thống.
Trong hệ thống ta sử dụng hai bộ điều chỉnh: bộ điều chỉnh tỷ lệ P dùng
điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để điều chỉnh dòng điện.
Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
pRC
)C+C(pR+1
=
p09727,0
0366,0+1
=)p(R
k3
i
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ:
=
R
R
=K=)p(R
1
2
p
126,97
Chọn R = K; R
2
= ; R
3
= ; C = àF. Để tạo mạch lọc F, ta nối thêm tụ

C
k
= 5àF song song với điện trở R
3
.
u
đk
Bộ điều chỉnh dòng điện PI
u
iđ
u
i
u

đ
R
R
R
2
C
C
K
R
R
R
3
Bộ điều chỉnh tốc độ P
u

IX. Mạch hạn chế dòng

Mạch hạn chế dòng dùng để hạn chế lợng đặt dòng điện và hạn chế tín hiệu
điều khiển U
dk
không vợt quá đỉnh của điện áp so sánh với U
dk
tức là không lớn
hơn 10V.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
23
1
U
V12U
n
=+

K10

K1

K10
V10U
max
=
2
U
U
2
U
1

10V
10V
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
X. Khâu tạo điện áp nguồn cung cấp
Nguồn điện áp một chiều dùng trong mạch tạo xung điều khiển thờng là
nguồn điện áp ổn định trớc những dao động bất thờng của lới điện xoay chiều. Vì
vậy, phải sử dụng mạch ổn áp.
LM78L12
1 2
3
330
à
25V
330
à
10
à
LM7 8L12
1
2 3
330
à
25V
330
à
10
à
Chơng V: Tổng hợp mạch điều khiển.
I. Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện.
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm

bảo giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động
của các đại lợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
24
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ Thiết kế hệ truyền động cho máy bào giờng
động điện động cơ quay chi tiết máy bào giờng có cấu trúc đợc trình bày trên
hình 8 gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy bào giờng Mx và thiết bị
biến đổi năng lợng - chỉnh lu cầu ba pha BĐ (đợc gọi là phần lực), các thiết bị đo
lờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đợc gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển
hệ thống đợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn
NL tác động lên hệ thống.
MxR BĐ M
ĐL
THĐ
NL
Động cơ truyền động đợc sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và
đợc cấp năng lợng từ bộ biến đổi chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi
có chức năng biến đổi năng lợng điện thích ứng với động cơ truyền động và
mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (nh
công suất, điện áp, dòng điện, tần số ). Tín hiệu điều khiển đợc lấy ra từ bộ điều
chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín hiệu thông báo sai lệch về
trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và
tín hiệu đo lờng các đại lợng truyền động. Để đảm bảo chất lợng của hệ, ta sử
dụng các mạch vòng điều chỉnh dòng điện và tốc độ. Sự biến thiên của các tín
hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh đợc trong quá trình quá độ và cũng có
thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai lệch điều
chỉnh, ta có thể chọn đợc các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp để nâng cao
chính xác của hệ thống.
II. Mô tả toán học động cơ điện một chiều:

Điện cảm phần ứng L =
==
600.2.361
220
.6,5

.
dmdm
dm
L
npI
U
k
0,003(H) = 3 (mH )
trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và k
L
= 1,4 ữ 1,9
đối với máy có bù; p là số đôi cực.
Lê Ngọc Thành Vinh
-TĐH2-K43
25