Giới thiệu công nghệ máy tiện

1
Phần i
Giới thiệu công nghệ máy tiện





















Đ1-1 công dụng và phân loại máy tiện
I. công dụng .
Máy tiện đ-ợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt
phần kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu
(gia công thô). Hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác

nhất định về kích th-ớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công
tinh ).
Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh- tiện trục ngoài ,
tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình Ngoài ra trong máy tiện còn có thể
thực hiện các chức năng khác nh- doa, khoan, tiện ren. Bằng các dao doa, dao
cắt, ta rô ren. Kích th-ớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đến
hàng chục mét. Với độ chính xác cao .
II. phân loại.
Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đ-ơc sử dụng rất phổ biến, đa
dạng. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm máy tiện đ-ợc phân loại nh- sau:
- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:
+ Máy tiện đơn giản.
+ Máy tiện vạn năng.


1
Phần i
Giới thiệu công nghệ máy tiện

Đ1-1 công dụng và phân loại máy tiện
I. công dụng .
Máy tiện đ-ợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt phần kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết
có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô). Hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về
kích th-ớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh ).
Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh- tiện trục ngoài , tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình
Ngoài ra trong máy tiện còn có thể thực hiện các chức năng khác nh- doa, khoan, tiện ren. Bằng các dao doa, dao cắt, ta
rô ren. Kích th-ớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đến hàng chục mét. Với độ chính xác cao .
II. phân loại.
Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đ-ơc sử dụng rất phổ biến, đa dạng. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm
máy tiện đ-ợc phân loại nh- sau:
- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:
+ Máy tiện đơn giản.
+ Máy tiện vạn năng.
+ Máy tiện chuyên dùng.
+ Máy tiện đứng.
+ Rơvonve.
- Theo kích th-ớc và trọng l-ợng chi tiêt gia công trên máy ta có:
+ Máy tiện bình th-ờng (trọng l-ợng chi tiết từ 100 1000 KG ).
+ Máy tiện cỡ lớn ( trọng l-ợng chi tiết cỡ 10.10
3

30.10
3
).
+ Máy tiện cỡ nặng (trọng l-ợng chi tiết cỡ 30.10
3
100.10
3
).
+ Máy tiện cỡ rất nặng (trọng l-ợng chi tiết lớn hơn 100.10
3
).
- Phân loại theo độ chính xác gia công ta có : Độ chính xác bình th-ờng, cao, và rất cao.

Đ1-2 đặc điểm chung của máy tiện
. đặc điểm chung .
Truyền động chính là truyền động quay chi tiết gia công, còn truyền động ăn dao là truyền động tịnh tiến của bàn xe
dao đảm bảo l-ợng ăn dao của dụng cắt gọt kim loại. Các truyền động t-ơng ứng đều làm việc ở chế độ dài hạn. Các
truyền động phụ có thể là truyền động nhanh dần.
Phần lớn các máy tiện trung bình và lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc làm truyền động chính (trừ
máy tiện chính xác ). Với động cơ rô to lồng sóc nó có -u điểm là : Tính kinh tế cao, vận hành tin cậy, đặc tính cơ cứng
đồng thời nó rất thuận tiện khi có sự phối hợp với hộp tốc độ. Để điều chỉnh tốc độ ta thực hiện bằng ph-ơng pháp cơ khí
(trong phạm vi không rộng lắm ). Nếu khi yêu cầu điều chỉnh trong phạm vi rộng ( 50/1

70/1 ) ta có thể sử dụng động
cơ rô to lồng sóc có hai hay nhiều cấp tốc độ nhờ thay đổi số đôi cực. ở những máy tiện chính xác truyền động quay trục
chính th-ờng sử dụng động cơ một chiều vì nó có -u điểm về ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ. Phạm vi điều chỉnh rộng, độ
bằng phẳng khi điều chỉnh rất cao, mà còn tạo điều kiện thuận lợi để điều chỉnh tốc độ có khoảng cách.
II. quá trình công nghệ trên máy .
Quá trình công nghệ đ-ợc tiến hành : Tr-ớc tiên ta cho khởi động quay trục chính ( cùng quay mâm cặp chitiết ) với tốc
độ () sau đó điều chỉnh l-ợng ăn dao (t). Nhờ sự chuyển động tịnh tiến của bàn dao nên chi tiết đ-ợc cắt gọt một l-ợng

theo đúng yêu cầu. Muốn tiện theo chiều dài chi tiết ta cho bàn dao chuyển động tịnh tiến dọc theo trục của chi tiết.
Còn khi ta cần cắt bỏ bớt chiều dài của chi tiết ta cho chuyển động của bàn dao vuông góc với trục chi tiết.
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp


Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


2

Truyền động chính ở đây là truyền động quay chi tiết và mâm cặp còn truyền động ăn dao là truyền động tịnh
tiến dọc theo trục chi tiết
hoặc vuông góc với trục chi tiết. Yêu cầu truyền động quay khi gia công phải thực hiện tr-ớc và khi dừng phải dừng sau
để tránh va đập làm mẻ dao và hỏng bề mặt chi tiết gia công.
Quá trình công nghệ trên máy tiện có nhiều nguyên công nh- : Tiện thô, tiện tinh, cắt Khi thay đổi nguyên công đó
ta ta phải cho dừng máy hoặc chạy không tải. Để chế độ làm việc nguyên công khác.
Dạng gia công trên máy tiện đ-ợc thể hiện nh- hình 1.1







II. đặc điểm phụ tải
của máy tiện đứng .
Đặc tính phụ tải của máy tiện
dạng : M
c
=

/1

có
P = const
Với truyền động
chính của máy tiện phụ vào
yêu cầu công nghệ và tính
chất phụ tải quyết định đến ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ. Trên máy tiện đứng chi tiết gia công có đ-ờng kính lớn và
đ-ợc đặt trên mâm cặp nằm ngang hay trục mâm cặp nằm theo ph-ơng thẳng đứng.Do trọng l-ợng mâm cặp và trọng
l-ợng chi tiết lớn. Nên lực ma sát ở gờ tr-ợt và lực ma sát ở hộp ma sát khá lớn vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền
động chính máy tiện đứng là tổng các thành phần lực cắt và lực ma sát .
Trong quá trình cắt gọt nếu vận tốc cắt tăng và lực cắt tăng thì công suất cắt tăng rất lớn sẽ gây va đập mạnh giữa
dao và chi tiết sẽ không

đảm bảo yêu cầu công nghệ. Để đảm bảo yêu cầu công nghệ thì truyền động chính của máy tiện phải có công suất không đổi khi tốc độ
thay đổi còn mô men tỷ lệ nghịch với tốc độ nh- vậy ở tốc độ thấp mô men có thể lớn.
Ta có đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện nh- hình vẽ 2
Để hệ thống truyền động có điều chỉnh với chất l-ợng tốt thì cần có đặc tính điều chỉnh gần giống với đặc tính cơ
của máy. Khi đó động cơ đ-ợc sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải với mọi tốc độ.
.

Đ1-3 khái niệm chung về máy
tiện đứng t1565

Máy tiện T1565 là một máy tiện đứng loại
nặng chi tiết gia công có đ-ờng kính lớn và đ-ợc
đặt trên mâm cặp nằm ngang.
i. các truyền động trên máy tiện
1 . truyền động chính .
Là truyền động quay tròn của trục chính giá chi tiết gia công.
Đặc tính tải : M
c
=1/n
P
c
= Const


Máy tiện T1565 là máy có công suất lớn nên có yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp điện và có phạm vi
điều chỉnh tốc độ hẹp vì vậy phải dùng động cơ một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp thay đổi từ
thông động cơ.
2 . truyền động ăn dao .
Truyền động tịnh tiến của bàn dao với truyền động ăn dao th-ờng yêu cầu pham vi điều chỉnh rộng. Với máy tiện
T1565 có công suất lớn nên truyền động ăn dao phải yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp điện và sử dụng động
cơ truyền động riêng th-ờng là động cơ một chiều kích từ độc lập. Điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp thay đổi từ thông
mạch phần ứng động cơ.

1
2
S

t
0

min

ma
x


P
c
M
c
M
c
, P
c

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp


Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


3
3 . các truyền động phụ .
Là các truyền động hỗ trợ cho quá trình gia công chi tiết. Các truyền động phụ bao gồm :
+ Truyền động bơm dầu bôi trơn.
+ Truyền động bơm n-ớc làm mát.
+ Truyền động gạt phoi.
+ Truyền động di chuyển nhành bàn hay ụ.
ii. đặc tính kỹ của động cơ truyền động chính .
1 . phạm vi điều chỉnh .
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của trục chính:D =
max
/
min
;D <(40 125)/1.Truyền động cho trục chính dùng động cơ một chiều kích từ
độc lập có công suất 100(kw) quá trình truyền động từ động cơ đến trục qua hộp thay đổi tốc độ. Có ba cấp thay đổi tốc độ :
+ Cấp thứ nhất : ở tốc độ quay thấp nhất của động n
dc
=300 (v/ph). Thì ở trục chính có tốc độ n
t
= 1 (v/ph). ở tốc độ
quay lớn nhất của động cơ n
maxđc
= 1500(v/ph). Thì trục tốc độ n
t

=5 (v/ph).


+ Cấp thứ hai : Tốc độ nhỏ nhất ở cấp tốc độ này bằng tốc độ cao nhất ở cấp tốc độ thứ nhất và tốc độ quay lớn nhất là :
n
t
=25(v/ph).
+ Cấp thứ ba : Tốc độ nhỏ nhất cấp tốc độ này bằng tốc độ lớn nhất ở cấp tốc độ thứ hai. Và tốc độ lớn nhất ở cấp tốc độ
này n
max
=125 (v/ph). Vậy ta thấy rằng khi ta điều chỉnh tốc độ bằng ph-ơng pháp cơ khí có thể đạt 25:1. Do vậy phạm
vi điều chỉnh là :
D = D
d
.d =25.5 = 125 :
2. độ trơn khi điều chỉnh .
Trị số tốc độ lân cận của truyền động chính có đ-ợc khi điều chỉnh tốc độ bằng cơ khí (có cấp) khác nhau năm lần
tức là 1:5:25:125 (t-ơng ứng tốc độ quay của động cơ ). Kết hợp hai ph-ơng pháp điều chỉnh cả cơ và điện ta sẽ điều chỉnh
đ-ợc vô cấp. Với D = 125:1 .Khi đó độ trơn khi điều chỉnh là : 1
iii. hệ thống truyền động điện. 2. 1. hệ thống cung cấp điện cho
động cơ truyền động chính .
Hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động chính của máy tiện T1565 dùng hệ thống chỉnh l-u bán dẫn cung
cấp điện áp một chiều cho động cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ có công suất : P = 100(kw). Điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng ph-ơng pháp điện khí hoá thay đổi từ thông kích từ động cơ. Điều chỉnh từ thông bằng cách thay đổi điện
áp kích thích đặt lên cuộn kích từ chỉnh l-u bán điều khiển dùng hai tiristođiôt và hai điôt.
2. đặc điểm của hệ thống truyền động điện .
Hệ thống truyền động điện phải đáp ứng đ-ợc các yêu cầu cơ bản sau:
+ Công suất cắt không đổi: P = const.
+ Độ trơn khi điều chỉnh: 1
+ Truyền động chính phải đ-ợc đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết theo cả hai chiều .

+ Khởi động và hãm dừng phải êm. Tránh va đập trong tr-ờng hợp giảm tốc độ bằng cơ khí Truyền động chính phải dừng sau truyền
động ăn dao.



Phần hai

Thiết kế sơ đồ nguyên lý






Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp


Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


4







Đ 2-1 mục đích và ý nghĩa
I. mục đích :

Chọn đ-ợc hệ thống truyền động chính cho máy tiện có thể đáp ứng đ-ợc các tính năng kỹ thuật cần thiêt thực hiện
các thao tác trên máy đơn giản, tiện lợi trong việc tiến hành, sử lý các nguyên công để đáp ứng đ-ợc chất l-ợng công nghệ
nh- hãm dừng chính xác, đảo chiều quay êm khi cần thiết.
Chọn đ-ợc loại động cơ có khả năng đáp ứng loại phụ tải của máy tiện, không gây lãng phí về năng l-ợng, giảm
đ-ợc tổn thất khi gia công. Chọn đ-ợc loại động cơ có tính năng kỹ thuật cao thuận tiện cho việc điều chỉnh, điều khiển
các thông số kỹ thuật cần thiết nh- tốc độ.
Thiết kế đ-ợc hệ thống điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu phụ tải, chọn đ-ợc ph-ơng án điều chỉnh tối -u. Sử
dụng thuận tiện giá thành rẻ.
ý nghĩa .
Để đáp ứng đ-ợc các yêu cầu cơ bản trong hệ thống máy tiện T1565 ta đ-a ra các ph-ơng án sử dụng các hệ thống
truyền động khác nhau sử dụng các loại động cơ khác nhau nh- sử dụng động cơ không đồng bộ có hệ biến áp - động cơ,
biến tần - động cơ, sử dụng động cơ một chiều có hệ máy phát động cơ (F - Đ). Khuyếch đại từ-Động cơ (kĐT- ĐC). Van
Động cơ (V-Đ). Nh-ng các hệ này cũng có các -u, nh-ợc điểm khác nhau. Do đó mức độ phù hợp với yêu cầu chất l-ợng
công nghệ của từng loại tải khác nhau. Vì vậy việc lựa chọn, thiết kế sơ đồ nguyên lý cho truyền động chính máy tiện
T1565 là rất cần thiết, nó mang ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và kinh tế cho cả hệ thống truyền động của máy trong
cả quá trình sản xuất.
Đ2-2 chọn động cơ truyền động
Để chọn đ-ợc loại động cơ truyền động phù hợp với yêu cầu truyền động ta đi xét các đặc tính cơ bản của các loại
động cơ. Tuy nhiên việc

xét hết tất cả các đặc tính của động cơ là rất phức tạp mà trong kiều kiện thực tế hiện nay th-ờng sử dụng hai loại động
sau: Động cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ không đồng bộ ba pha mang tính phổ biến vì nóp thuận tiện trong sử
dụng và có tính kinh tế cao. Vì vậy ta sẽ đi xét hai loại động cơ này cho truyền động chính máy tiện T1565.
I. động cơ một chiều kích từ độc lập .
Sơ đồ nguyên lý (hình 2).
Ta có ph-ơng trình đặc tính cơ:


2

K
RR
K
U
fu
u



Từ ph-ơng trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thông số ảnh h-ởng
đến đặc tính cơ đó là:
- Từ thông động cơ ().
- Điện áp phần ứng (U
-
).
- Điện trở phần ứng.

Sau đây ta sẽ lần l-ợt đi xét những ảnh h-ởng của từng tham
số đó:
a- ảnh h-ởng của điện trở phần ứng : Giả thiết : U
-
=U
đm
=const
=
đm

=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý t-ởng :

0
=
Co nst
K
U
dm
dm



Độ cứng đặc tính cơ:
=
Var
RR
KM
fu






2
)(


Khi R

f
càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. ứng với R
f
= 0
Ta có đặc tính cơ tự nhiên:


U
ĐC
L
d
;R
d
C
KD
+
-
-
+
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp


Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp


5

tn
= -
u

R
K
2
)(

Ta thấy độ cứng đặc tính cơ tự nhiên có
giá trị lớn nhất vậy khi ta thay đổi điện trở phụ R
f
ta đ-ợc một họ đặc
tính biến trở (hình 3).ứng với phụ tải M
c
nào đó nếu R
f
càng lớn thì
tốc độ động cơ càng giảm.Đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men
ngắn mạch cũng giảm . Nên ng-ời ta th-ờng
dùng ph-ơng pháp này để hạn chế dòng điện và
điều chỉnh tốc độ động cơ.
a. ảnh h-ởng của điện áp phần ứng : Giả thiết : =
dm
=
const
R
-
= const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : U
-
<U
đm
ta có:

Tốc độ không tải lý t-ởng :
Var
K
U
dm
x
x



0


Độ cứng đặc tính cơ :
ox
=
Const
R
K
u


2
)(

Nh- vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đ-ợc một họ đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình
4). Ta thấy khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với phụ
tải nhất định. Do đó ph-ơng pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động.

Hình 4 - Đặc tính cơ khi thay
đổi điện áp phần ứng

b. ảnh h-ởng của từ thông : giả thiết : U
-
= U
dm

= const
R
-
= const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (I
kt
) động cơ.
Tốc độ không tải lý t-ởng:
x
dm
x
K
U


0

Độ cứng đặc tính cơ: =
Var
R
K
u
x


2
)(

Ta thấy khi thay đổi (giảm ) thì tốc độ động cơ tăng còn giảm khi đó ta
có họ đặc tính cơ (hình 5) với
ox
tăng dần còn độ cứng đặc tính cơ giảm dần
khi giảm từ thông. Ta có:
Dòng ngắn mạch:
Const
R
U
I
U
dm
nm


Mô men ngắn mạch: M
nm
= K
x

I
nm
= var
II. động cơ không đồng bộ .
Động cơ không đồng bộ đ-ợc sử dụng rộng rãi trong thực tế. Ưu điểm
của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản, vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài
ra động cơ đồng bộ sử dụng l-ới điện xoay chiều ba pha nên không phải trang
bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo. Tuy vậy nó cũng có nh-ợc điểm là
điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn.
Ta có ph-ơng trình đặc tính cơ:
M
th
=
)(2
3
22
110
2
n
f
Xrr
U



Từ ph-ơng trình đặc tính cơ ta thấy có các thông số ảnh h-ởng đến đặc tính cơ bao gồm:
+ ảnh h-ởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato.
+ ảnh h-ởng điện trở mạch rôto.
+ ảnh h-ởng của suy giảm điện áp l-ới cấp cho động cơ .
+ ảnh h-ởng của tần số l-ới cấp cho động cơ .

+ ảnh h-ởng của việc thay đổi số đôi cực (sảy ra đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ).
Sau đây ta sẽ lần l-ợt đi xét các ảnh h-ởng trên.
01


02


03


o


T
N
R
f1
R
f2
M
0


01


02

03


1


2




0
đm


2


1


0


U
đm
U
1
U
2

M

Hình 5 - Đặc tính cơ khi
Thay đổi từ thông
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



3


a. ảnh h-ởng điện trở , điện kháng phụ mạch stato :
khi ta nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch stato thì
1
= const. S
th
giảm M
th
giảm và có đặc tính cơ nh- (hình 6).
ứng với một giá trị tải nào đó thì tốc độ động cơ sẽ giảm nhanh.Ph-ơng pháp thay đổi điện trở, điện kháng phụ này th-ờng
đ-ợc sử dụng để hạn chế dòng khởi động.







(Hình 6- Đặc tính cơ khi đổi điện trở,

điện kháng mạch stato).

b. ảnh
h-ởng của suy giảm
điện áp l-ới cấp cho động cơ :
Từ ph-ơng trình đặc tính cơ ta thấy
mômen tới hạn sẽ giảm bình ph-ơng lần độ suy
giảm của điện áp l-ới trong khi đó tốc độ đồng
bộ
1
giữ nguyên và độ tr-ợt tới hạn S
th
không
thay đổi:

1
=
Const
P
f

1
2


S
th
=
22
1

2
2
n
Xr
R

= const

Nh- vậy bằng cách thay đổi điện áp ta có thể thay đổi đ-ợc tốc độ động cơ. Ta có đặc tính cơ nh- (hình 7) đặc tính
này phù hợp với tải không đổi. Để thay đổi điện áp cấp cho động cơ không đồng bộ ta có thể sử dụng các biến áp tự ngẫu
hoặc sử dụng bộ biến đổi xoay chiều-xoay chiều có điều khiển.
c. ảnh h-ởng của số đôi cực P:
Ta có :

1
=
P
f
1
2


=
1
(1- S
1
)
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thay đổi cách đấu dây. Nếu thay đổi số đôi cực P thì
1
thay đổi do đó tốc độ

động cơ cũng thay đổi. Còn S
th
khôngphụ thuộc số đôi cực P nên không thay đổi nghĩa là độ cứng đặc tính cơ vẫn giữ
nguyên. Nh-ng vì thay đổi số đôi cực ta phải thay đổi cách đấu dây mạch stato nên do đó mà tùy từng tr-ờng hợp mà
các hệ sốU
f
,R
1
, X
1
cũng thay đổi do đó cũng ảnh h-ởngtới M
th
.









Hình 8 - Đặc tính cơ khi thay đổi
số đôi
Cực của động cơ không đồng
bộ :



d. ảnh h-ởng của điện trở

mạch
rôto:Đối với động cơ không đồng bộ rô to
dây quấn ng-ời ta th-ờng mắc thêm
điệntrở phụ vào mạch rôto để hạn chế dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.Khi đ-a R
2f
vào
mạch rôto thì:

1
= const
M
th
= const
S
th
= R
2

+ R
2

/X
nm



1
TN

r

f2
x
f2
r
f1
x
f1
M
nm


M
mn


M

0

P
2
P
1
P
2

M
0
M
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



14


R
2f
càng lớn, S
th
càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm (hình 9) ứng với tải nhất định thì tốc độ sẽ thay
đổi nhanh hơn và ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ này là không trơn.










Hình 9 - Đặc
tính cơ biến trở
e. ảnh h-ởng khi thay
đổi tần số
l-ới điện cấp cho động cơ :
P
f

1
2


Từ biểu thức :
1
=
f
1
thì
1
thay Ta thấy khi thay đổi
đổi do đó tốc độ động cơ thay đổi. Khi
ta tăng f
1
>f
đm



2
1
22
2
3
fL
UP
M
nm
th

Do vậy :
2
1
1
f
M
th


Tr-ờng hợp khi cần tần số giảm f
1
<f
đm
Nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở
của động cơ giảm theo tần số). Do vậy khi giảm tần số ta phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho động
cơ sinh ra mô men nh- trong chế độ định mức. Và để điều chỉnh tần số ta phải sử dụng bộ biến tần kết hợp với máy
biến áp.

Hình 10 - Đặc tính cơ khi
thay đổi tần số
động cơ
không đồng bộ .

III. chọn động
cơ truyền
động chính

Qua phân tích đặc tính của
hai loai động cơ ta thấy động cơ
một chiều kích từ độc lập có thể
thay đổi tốc độ bằng ph-ơng pháp
thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông kích từ. Có thể điều chỉnh trơn dễ dàng. Còn động cơ không đồng bộ cũng có
thể điều chỉnhtốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ stato, rôto, điện áp nguồn, thay đổi tần số. Nh-ng đối với động cơ
không đồng bộ có nh-ợc điểm là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn. Mặt khác theo yêu cầu

của máy tiện và tính năng của hai loại động cơ trên ta thấy động cơ một chiều kích từ độc lập có nhiều -u điểm về tính
năng sử dụng và dể dàng điều chỉnh tốc độ hơn mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời lại đạt
chất l-ợng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh. Vì vậy ta sẽ động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động
chính cho máy tiện T1565.

Đ 2 -3 chọn ph-ơng án điều chỉnh tốc độ
0
tn < ( R
f
=0)
b

R
f
# 0
Mth
Mc
M


o





01

02

0


03

M
c
M

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

15



Để có thể chọn đ-ợc ph-ơng án điều chỉnh tốc độ hợp lý cho máy tiện ta đi phân tích hai ph-ơng pháp điều chỉnh
tốc độ nh- sau:
- ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng.
- ph-ơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ.
I . ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng .
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều ta cần có các thiết bị nguồn nh- máy phát điện một chiều kích
từ độc lập các bộ chỉnh l-u điều khiển v.v Các thiết bị này có chức năng biến năng l-ợng điện xoay chiều thành năng
l-ợng điện một chiều có sức điện động E
b
điều chỉnh đ-ợc nhờ tín hiệu điều khiển U
đk
.
Ta có ph-ơng trình đặc tính cơ ở chế độ xác lập:
E
b
- E
-
= I
b
(R
b
+ R
-đ
)

=
u
dm
udb
dm
b
I
K
RR
K
E





=
0
(U
đk
) -

M

Ta thấy rằng tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động. Khi
mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

max
=
0max

-

dm
M


min
=
0min
-

dm
M












Vì họ đặc tính cơ là các đ-ờng
thẳng song song nhau nên ta có:

min
=

)1(
M
dm
K
M




1
1
max0



M
dm
K
M
D


Ta thấy
0max
, M
đm
, K
m
. Là các số xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ
cứng . Mặt khác với các tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh không lớn. Vì vậy đối với các

máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì không thể sử dụng đ-ợc.
Trong phạm vi phụ tải cho phép nếu coi các đặc tính cơ tĩnh là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ
cứng đặc tính cơ trong toàn dải là nh- nhau do đó độ sụt tốc t-ơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải
điều chỉnh. Ta thấy rằng trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp thì từ thông đ-ợc giữ nguyên do đó mô men tải cho

M



(Hình 11- Đặc tính khi thay đổi
điện áp mạch phần ứng)

0max


min


0min

U
đk

Uđi

M
đm
M
đmmin
0

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



16


phép của hệ sẽ là không đổi M
c.cp
= M
đm
Vì

vậy th-ờng sử dụng ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện
áp mạch phần ứng đối với những hệ truyền động có mô men tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.

II. ph-ơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ .

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ: M = K..I
-
và sức điện
động quay của động cơ. E
-
= k.. .
Khi điều chỉnh từ thôngta đ-ợc họ đặc tính cơ nh- hình vẽ :

Giả thiết ban đầu động cơ đang
làm việc với dòng kích từ định mức và
và tải là M
c
. Khi đó điểm làm việc sẽ là
điểm a trên đặc tính tự nhiên t-ơng
ứng với tốc độ
1
. Nếu ta
nối thêm
điện trở R
f
vào mạch kích từ thì dòng
thông <
kích từ sẽ giảm và từ

đm.
. Vì quán tính cơ học
nên tốc độ
biến đổi chậm hơn từ thông do đó
sức điện động phần ứng giảm xuống
và dòng điện phần ứng tăng lên.
Nếu từ thông chỉ giảm trong một phạm vi đủ nhỏ nào đó thì sẽ sảy ra hiện t-ợng làm tăng mô men cuả động cơ

nghĩa là mô men M
b
của động


cơ lúc đó lớn hơn mô men tải. M
b
> M
c
. Và truyền động sẽ tăng tốc. Mặt khác do tốc độ tăng nên sức điện động phần ứng
giảm.
Kết quả là mô men của động cơ giảm dần cho tới khi cân bằng với mô men tải thì hệ sẽ làm việc xác lập với tốc độ

2
>
1
(điểm a

).
Nếu từ thông giảm đến một mức độ nào đó thì dòng phần ứng sẽ tăng rất lớn và gây sụt áp quá lớn trên điện trở
mạch phần ứng tức là tổn thất trong mạch chính tăng quá nên năng l-ợng điện từ chuyển cho động cơ giảm đi. Kết quả là
mô men động cơ nhỏ hơn mô men tải M
đ
< M
c
. Và truyền động sẽ tăng tốc. T-ơng tự nh- trên sau quá trình quá độ hệ sẽ
làm việc xác lập tai điểm a

ứng với tốc độ
3

<
1
.
Nh- trên ta thấy khi giảm từ thông tốc độ động cơ có thể tăng và cũng có thể giảm. Nhận xét đó đúng vớ tải M
c
=
const hoặc M
c
là hàm tăng của tốc độ.
Nếu mô men tải là hàm giảm của tốc độ M
c
= 1/
c
thì có thể tốc độ chỉ tăng đơn trị từ thông càng giảm, tốc độ
càng tăng do đó dòng I
-
nằm ở mức không gây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá.
Để thấy rõ mối quan hệ giữa tốc độ với từ thông và mô men tải ta xét tr-ờng hợp M
c
= const.
Từ ph-ơng trình đặc tính cơ với : R
-
= const
M
c
= const
Ta có :
=
22
)()(

K
B
K
A
K
RM
K
U
uc
(1)

Nh- vậy: = f(K) là một hàm đa trị. Nó đạt cực trị khi: d/k = 0 T-ơng ứng với k cực trị.
K
ct
=
nm
cuc
I
M
U
RM
2
2

max
=
cuct
cu
ct
MR
U
K
MR
K
U
2
2
.
4
1
)(
.






Tốc độ sẽ bằng không khi K = K
0
.
Từ (1) ta tìm đ-ợc:
K

0
=
ct
nm
ccu
K
I
M
U
MR

2
1




02


01


2


0


3

1


2


1


a
'


b


đ
m


a


đ


M
đ

M
c

M
b

M


0

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



17


Vậy ta thấy rằng với M
c1
nào đó khi giảm từ thông từ giá trị K
đm
tốc độ sẽ tăng. Khi K = K
ct
thì tốc độ đạt
cực đại . Sau đó nếu tiếp tục giảm từ thông thì tốc độ sẽ giảm và khi K = K
0
thì tốc độ bằng không.

Nếu giảm mô men tải (M
c2
< M
c1
) thì quy luật diễn ra nh- trên nh-ng tốc độ cao hơn K
ct
và K
0
bé hơn.
Vậy ta thấy rằng khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm theo biểu thức : =
u
R
K
2

(K)
2

. Còn tốc độ
không tải lý t-ởng lại tăng theo quan hệ =
K
U
Do đó sai số tĩnh tăng tỷ lệ ng-ợc với từ thông:
S =
*
=


KU
RMM

ucc
1
.
1
.
0


Nh- vậy độ chính xác duy trì tốc độ không cao.
Vì mạch kích từ có công suất nhỏ bằng (2 5)% công suất định mức của động cơ. Nên có thể thực hiện điều chỉnh
tinh hoặc vô cấp cũng có thể không cần sử dụng điện trở phụ R
f
mà sử bộ điều áp lấy từ bộ thiết bị biến đổi để điều chỉnh
kích từ. Khi đó ta có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo đ-ợc những đặc tính tốt.
Với việc điều chỉnh kích từ nói chung giải điều chỉnh không rộng. Tốc độ nhỏ nhất
min
bị chặn bởi đặc tính tự
nhiên (khi =
đm
) Tốc độ lớn nhất
max
bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động cơ. Những
động cơ thông dụng chỉ cho phép
max
1,5
đm
. Nghĩa là D 1.5. Các động cơ đặc biệt có thể có giải điều chỉnh từ 4
8.

III. chọn ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ.

Qua phân tích nh- trên ta thấy: Với ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ thì độ cứng đặc tính cơ trong
toàn dải là nh- nhau. Vì trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp từ thông kích từ đ-ợc giữ nguyên do đó mômen tải cho
phép của hệ thống sẽ là không đổi M
c.cp
= M
đm
. Vì vậy ng-ời ta th-ờng sử dụng ph-ơng pháp này với những tr-ờng hợp
M
c
=const trong toàn dải điều chỉnh. Còn với những hệ thống truyền động điện có mô men tải là hàm giảm của tốc độ M
c

= 1/ thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ. Với ph-ơng pháp này có thể tốc độ chỉ tăng đơn
trị, từ thông càng giảm tốc độ càng tăng. Do đó dòng điện phần ứng (I
-
) nằm ở mức không gây sụt áp và sụt tốc độ lớn
quá và mô men vẫn đảm bảo khả năng quá tải (trong khoảng thời gian ngắn).
Vậy ta thấy với hệ thống truyền động điện của máy tiện T1565 có:
P = cons
M = 1/
Phù hợp ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông kích từ. Vậy ta sẽ sử dụng ph-ơng pháp này để điều
chỉnh tốc độ động cơ truyền động chính của máy tiện T1565.
Đ2-4 chọn bộ biến đổi mạch phần ứng và mạch chỉnh l-u
I - chọn bộ biến đổi mạch phần ứng .
Bộ biến đổi phần ứng là mạch cung cấp nguồn một chiều ổn định cho phần ứng động cơ.
Mạch phần ứng có thể đ-ợc sử dụng bằng các hệ thống khác nhau nh-: Máy phát một chiều, bộ biến đổi van, thiết
bị khuyếch đại từ, mạch xung áp. Tuy nhiên ta chỉ đi xét hai hệ thống biến đổi đó là: Hệ thống van và hệ thống máy phát
một chiều.

1- máy phát một chiều .
Với máy phát một chiều có đặc điểm là giải điều chỉnh rộng có thể nâng cao độ cứng đặc tính cơ nhờ sử dụng hệ
thốnh truyền động tự động và giảm sai lệch tĩnh S%. Đặc biệt có -u điểm là linh hoạt trong việc chuyển đổi chế độ làm
việc. Dễ dàng tạo ra hệ thống với chất l-ợng cao. Tuy nhiên việc sử dụng máy phát có nh-ợc điểm là công suất đặt th-ờng lớn hơn
công suất yêu cầu gấp ba lần và do sử dụng máy điện quay nên tiếng ồn rất lớn, chiếm nhiều diện tích lắp đặt, nền móng lắp đặt phải
chắc.
2. hệ thống van - động cơ .
Bộ biến đổi van tạo ra nguồn một chiều chỉnh l-u từ nguồn xoay chiều sử dụng các van bán dẫn. Bộ biến đổi van có
-u điểm là tác động nhanh, tổn thất ít, không gây tiếng ồn, không đòi hỏi cao về nền móng, đặc biệt có kích th-ớc nhỏ
gọn, có hệ số khuyếch đại cao có thể tạo ra hệ thống tự động vòng kín. Tuy nhiên nó cũng có các nh-ợc điểm là khi
chuyển đổi trạng thái làm việc không linh hoạt, đảo chiều khá phức tạp, khả năng quá tải về dòng và áp kém, sức điện
động của bộ biến bổi có độ đập mạch lớn do đó gây tổn hao phụ và làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp động cơ.
Từ việc phân tích trên ta thấy bộ biến đổi van có những nh-ợc điểm tuy nhiên ta có thể khắc phục đ-ợc. Mặt khác
nó cũng có nhiều -u điểm hơn hẳn bộ biến đổi sử dụng máy phát vì vậy ta sẽ sử dụng bộ biến đổi van cung cấp nguồn một
chiều cho động cơ.
II. chọn mạch chỉnh l-u .
Có nhiều sơ đồ chỉnh l-u đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ tuy nhiên ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất l-ợng khác
nhau và giá thành cũng khác nhau vấn đề đặt ra là làm sao lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu công nghệ. Các sơ đồ chỉnh
l-u gồm các sơ đồ một pha và sơ đồ ba pha.

Sơ đồ một pha có giá thành rẻ, chất l-ợng l-ợng điện áp ra kém, góc mở lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn,
do đó đòi hỏi góc mở dao động rộng.
Sơ đồ ba pha có giá thành đắt hơn sơ đồ một pha, mạch điều khiển phức tạp hơn tuy nhiên chất l-ợng điện áp ra tốt
hơn nó hoàn toàn đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ của máy tiện. Để thấy đ-ợc -u, nh-ợc điểm của từng loại sơ đồ sau
đây ta sẽ đi xét từng loại sơ đồ.
1. sơ đồ chỉnh l-u hình tia ba pha có đi ôt D
0

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

18


Ta có các thông số ở đầu ra có giá trị đ-ợc xác định theo các biểu thức sau:
U
d0
=
2
2
6
3 U









; U
d
=


3
301

0
0



Cos
U
d

I
vtb
=



2
6
5







d
I
; I
vtbmax
=

3
d
I

U
vthmax
=
2max2
.6;.2 UUU
vng


U
D0ngmax
=
2
.2U
; U
vngmax
=
2
.2U

I
D0tb
=



2

6
3.






d
I
; I
D0max
= I
d








. Sơ đồ chỉnh l-u
hình cầu ba pha .

I
d

*
*
*


*
*
*
A
B
C
BA
U
đ
R
d

L
d

E
d

D

0
A
B
C
V
1
V
4
V
3
V
5
V
2
V
6
I
d
R
d
E
d
U
d
L
d
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

19



Các giá trị đầu ra đ-ợc xác định:
U
d0
=
2
).
6.3
( U


U
d
= U
đ0
. Cos


I
vtb
=
3
d
I
; I
vtbmax

=
3
d
I

U
vthmax
=
2
.6U
; U
vngmax
=
2
.6U

S
ttBA
=
dd
IU
3


Trong các biểu thức trên = 0.
Giản đồ dòng và áp trên các van nh- hình sau:
Kết luận : Từ các biểu thức trên ta thấy: Mạch chỉnh l-u hình cầu ba pha cho ta chất l-ợng điện áp đầu ra cao hơn,
bằng phẳng hơn sơ đồ chỉnh l-u hình tia ba pha do đó ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh l-u hình cầu ba pha. Vì với sơ đồ này ta có
thể không cần sử dụng máy biến áp. Khi có nguồn phù hợp ta chỉ cần sử dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng điện ngắn
mạch và tốc độ tăng của dòng điện anôt chỉnh l-u.

Đ2-5 chọn ph-ơng pháp hãm dừng .
Hãm là một trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ng-ợc chiều tốc độ quay của rôto. Trong tất cả các trạng
thái hãm động cơ đều làm việc ở trạng thái máy phát .
Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm:
- Hãm tái sinh.
- Hãm ng-ợc.
- Hãm động năng.
I. hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng tích lũy đ-ợc thành điện năng trả về l-ới.


Hãm tái sinh sảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý t-ởng nhờ phụ tải có tính thế năng. Khi hãm tái sinh E > U
1
động cơ làm

việc nh- một máy phát điện song song với l-ới. So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mômen đổi chiều. Và
đ-ợc xác định:
I
h
=
R
KK
R
EU




01

< 0.
M
h
= k..I
h
<0
Ph-ơng trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:
=
hn
M
K
R
I
K
R
2
00
)(





Đặc tính cơ biểu diễn trên hình 15 .
Hãm tái sinh th-ờng sảy ra đối với những hệ có điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Khi giảm điện áp,
giảm tốc độ, hoặc đảo chiều quay. Hãm tái sinh sảy ra trên những đoạn đặc tính mà điện áp phần ứng có trị số nhỏ hơn
sức điện động.

II. hãm ng-ợc .
Hãm ng-ợc là một trạng thái máy phát của
động cơ khi rôto quay ng-ợc với chiều quay t-ơng
ứng của điện áp nguồn gây ra. Trạng thái hãm
ng-ợc sảy ra hai tr-ờng hợp:


1. Đ-a thêm điện trở phụ
mạch phần ứng .
M

A
B
C
L
d

I
h
E
HTS

c

x

U
1

I
-

E
U
1

M
c

0


Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



20


khi ta đ-a thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho mô men ngắn mạch của đặc tính
biến trở nhỏ hơn mô men cản. Tr-ờng hợp này chỉ xảy ra với tải thế năng.

2. đảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay :
giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm trên đặc tính tự nhiên (hình15) với phụ tải là M
c1
.Ta đổi chiều điện
áp phần ứng và đ-a thêm điện trở phụ (R
f
)vào mạch phần ứng. Động cơ sẽ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính
biến trở ở chiều quay ng-ợc. Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theo chiều cũ còn mômen đã đổi chiều chống lại chiều
quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn bc. Tại điểm c tốc độ bằng 0. Nếu cắt phần ứng ra khỏi l-ới động cơ sẽ dừng lại.
Còn nếu tiếp tục đóng phần ứng vào l-ới và nếu tại c mômen của động cơ lớn hơn cản M
c2
thì động cơ sẽ quay ng-ợc lại
và làm việc xác lập tại điểm d ứng với tải phản kháng.đoạn bc là đoạn đặc tính hãm ng-ợc.trên đoạn hãm ng-ợc vì điện áp
đổi cực tính nên:
I
h
=
fufu
RR
EU
RR
EU





11
<0
M

hđb
= KI
h
< 0











III. hãm động
năng .
Hãm động năng là
một trạng thái máy phát mà
năng l-ợng cơ học của động
cơ đã đ-ợc tích luỹ trong quá
trình làm việc tr-ớc đó biến
thành điện năng tiêu tán
trong mạch vòng phần ứng
không liên quan tới l-ới
d-ới dạng nhiệt.
Hãm động năng sảy
ra nh- sau: Khi động cơ đang
quay ta cắt phần ứng động cơ ra
khỏi l-ới điện một chiều rồi

đóng kín qua một điện trở hãm R
h
còn mạch kích từ vẫn đóng vào nguồn điện nh- cũ để tạo ra =const.
Tại thời điểm cắt phần ứng ra khỏi l-ới điện. Do động năng đã tích luỹ đ-ợc ở quá trình làm việc tr-ớc đó nên rôto
vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu
bđ
và sức điện động ban đầu E
bđ
=K
bđ

Dòng điện hãm ban đầu:
I
hbđ
=
fu
bd
fu
bd
RR
K
RR
E

M
hbđ
= KI
hbđ
< 0
Do điện áp đặt vào phần ứng lúc hãm bằng
không nên ph-ơng trình đặc tính cơ có dạng:
=
h
hu
M
K
RR
.
)(
2




= -
hu
RR
K

)(

Ta thấy độ cứng đặc tính cơ phụ thuộc trị số R
h
. Khi =const. R

h
càng nhỏ thì đặc tính cơ càng cứng, mô men hãm càng lớn hãm càng
nhanh.







Trên đặc tính ta thấy với M
c
là phản
kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn. Đoạn đặc
tính hãm động năng là đoạn b
1
0, hoặc đoạn

a
TN
b
M
M
c1
M
c2

1

HN

0

c
d
Hình 15 - Đặc tính của động cơ một chiều kích
t- độc lập khi hãm ng-ợc bằng cách thay đổi điện
áp đặt vào phần ứng động cơ.


a

b

0

d
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



21


b
2
0. Với M
c
là thế

năng thì tải sẽ kéo rôto quay theo chiều ng-ợc lại, tốc độ tăng dần và làm việc xác lập ở
1
hoặc
2
. Trong tr-ờng hợp đó
đặc tính hãm động năng là đoạn b
1
0c
1
hoặc b
2
0c
2

Kết luận: Ưu điểm của ph-ơng pháp hãm động năng kích từ độc lập là tiêu thụ ít năng l-ợng từ l-ới. Năng l-ợng
chủ yếu đ-ợc tạo ra do động năng của động cơ đã tích lũy đ-ợc. Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích
từ rất nhỏ th-ờng: P = (1 1.5)%P
đm
.
Và động cơ động cơ làm việc nh- một máy phát độc lập với l-ới toàn bộ cơ năng đ-ợc biến thành điện năng tiêu tán
trên điện trở tổng mạch phần ứng d-ới dạng nhiệt.
Ph-ơng trình cân bằng công suất: EI = (R
-
+ R
h
)I
2

Ta thấy rằng với ph-ơng pháp hãm này đơn giản, dễ thực hiện, có thể thực hãm bằng các tiếp điểm thuận nghịch

của công tăc tơ đảo chiều để tách phần ứng động cơ ra khỏi nguồn để hãm dừng. Vậy ta sử dụng ph-ơng pháp hãm động
năng kích từ độc lập để hãm dừng động cơ truyền động chính của máy tiện T1565.












Đ 2-6 sơ đồ nguyên lý mạch phần ứng và ph-ơng pháp hạn chế dòng điện khi khi khởi động
I. sơ đồ nguyên lý mạch phần ứng:
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



22

II- Giới thiệu sơ
đồ
Máy tiện
T1565 là một máy tiện
đứng có công suất t-ơng
đối lớn nguyên lý mạch
phần ứng nh- hình 17. Sơ
đồ bao gồm:
Đ : Động cơ một

chiều kích từ độc lập. Là
động cơ truyền động chính
động cơ đ-ợc cấp điện từ
bộ chỉnh l-u cầu ba pha.
CK : Là cuộn kháng
trong mạch nguồn xoay
chiều dùng để hạn chế
tốc độ tăng của dòng qua
van.
AT : áp tô mát dùng
để đóng cắt nguồn cung
cấp cho bộ biến đổi. Và
bảo vệ bộ biến đổi khi sảy
ra ngắn mạch.
R
f1
, R
f2
: Là các
biến trở phụ dùng để
hạn chế dòng điện khi
khởi động động cơ .
R
h
: Là điện trở
hãm động năng.

I. ph-ơng
T
N
K
1G
2G
Hình 18: Sơ đồ mạch khống chế máy tiện T1565
N
T
RI

N
T
1RG
2RG
MT
MN
-
+
D

N
T










A
B
C
1G
2G
1G
T
T
N
N
N
T
K
H
R
H
R

D
1R
G1
2R
G1
2R
G2
1R
G2
RI

R
f1
R
f2
R
h
CK
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



23


pháp hạn chế dòng điện khởi động .
Khi khởi động dòng điện khỏi động th-ờng rất lớn. Mặt khác khi khởi động từ thông khi đó còn thấp vì vậy dòng
điện khởi động th-ờng rất lớn vì vậy ta cần phải khống chế dòng điện. Việc khống chế dòng

điện có thể thực hiện theo nguyên tắc dòng điện. Vì ta điều chỉnh tốc độ theo ph-ơng pháp thay đổi từ thông nên ở ta sử
dụng nguyên tắc rung giảm từ thông. Quá trình khởi động đ-ợc chia làm hai giai đoạn:
+ Khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên bằng cách đ-a điện trở phụ vào mạch phần ứng
khống chế tự động theo nguyên tắc tốc độ.
+ Tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từ thông. Việc hạn chế dòng điện trong giai đoạn
này đ-ợc thực hiện bằng cách rung giảm từ thông, tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện.
1. khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên .
Giả thiết ta khởi động theo chiều quay thuận. Ta ấn nút khởi động thuận T tác động mạch phần ứng động cơ
đ-ợc nối vào nguồn một chiều lấy từ đầu ra của bộ chỉnh l-u theo chiều thuận.
Tại thời điểm ban đầu 1G và 2G ch-a làm việc toàn bộ điện trở phụ đ-ợc đ-a vào mạch phần ứng động cơ. Từ thông
động cơ
đc
có giá trị bằng 0,7
đm
. Và động cơ bắt đầu tăng tốc. Khi tốc độ động cơ đạt giá trị bằng giá trị tác động của
rơ le 1RG 1RG có điện đóng tiếp điểm th-ờng hở mắc nối tiếp từ cuộn 1G 1G có điện đóng các tiếp điểm th-ờng hở
1G. Nối ngắn mạch cấp điện trở phụ thứ nhất. Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính thứ hai với cấp điện trở R
f2
.
Đồng thời 2RG đ-ợc cấp điện. Động cơ vẫn tiếp tục tăng tốc đến khi đạt đến tốc độ n
2
thì điện áp đặt lên 2RG cũng đủ giá
trị tác động 2RG có điện đóng tiếp điểm th-ờng hở của nó nối tiếp với cuộn dây 2G 2G có điện nối ngắn mạch
tiếp các điện trở phụ R
f2
Động cơ đ-ợc chuyển sang khởi động trên đặc tính tự nhiên Tốc độ tăng I giảm dần. Khi
dòng phần ứng động cơ giảm xuống bằng giá trị trở về của rơ le dòng điện RI thì rơ le R ch-a làm việc khi đó ta có U
cđ

= 0, nên tốc độ tăng

n
U
đk
giảm tăng. Và tăng từ 0.7
đm
=
đm
.



2. tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từ
thông .
Khi động cơ làm bắt đầu khởi động trên đặc tính tự nhiên thì dòng điện còn lớn nên RI còn đang tác động dẫn đến K mất điện R mất
điện U
cđ
= 0 .
Khi tốc độ tăng dần dẫn đến dòng điện giảm dần và khi I
-
= I
tv
(giá trị trở về của RI) thì RI nhả K mất điện
R có điện xuất hiện U
cđ
động cơ khởi động ở giai đoạn hai. U
đk
tăng tăng U
kt
giảm giảm tốc độ
tiếp tục tăng. Trong khoảng thời gian này thông th-ờng sự giảm của diễn ra nhanh hơn sự tăng của tốc độ làm cho sức

điện động giảm làm I
-
tăng. Nếu I
-
tăng đến giá trị tác động của RI RI làm việc K mất điện R mất điện. Nguồn
cung cấp điện áp chủ đạo đ-ợc cắt ra do sự phóng điện của C
3
qua WR và R
2
và U
cđ
giảm xuống (không mất ngay ) U
cđ

giảm U
đk
tăng giảm U
kt
tăng tăng E tăng I
-
giảm.
Khi I
-
giảm bằng giá trị trở về của rơ le RI RI nhả K có điện R có điện nguồn cung cấp chủ đạo lại
đ-ợc đóng vào mạch phân áp chủ đạo C
3
lại đ-ợc nạp U
cđ
tăng giảm. Quá trình diễn ra đ-ợc lặp lại một số lần
cho đến khi RI giảm mà tốc độ động cơ đạt giá trị đủ lớn dòng qua phần ứng động cơ tăng và đạt đến giá trị RI thì RI

ngừng làm việc điện áp chủ đạo bằng giá trị đặt, Động cơ sẽ tăng tốc chuyển tới tốc độ làm việc. Quá trình khởi động kết
thúc. Nếu ta muốn điều chỉnh từ tốc độ thấp lên tốc độ cao hơn thì hệ thống sẽ điễn ra giống nh- ở giai đoạn hai của quá
trình khởi động.
Đ 2-8 chọn bộ biến đổi mạch kích từ
chọn bộ biến đổi .
Để đơn giản cho mạch kích từ ta cũng sẽ chọn bộ biến đổi sử dụng các van bán dẫn. Với máy tiện T1565 ta sử dung
ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ bằn cách thay đổi dòng điện qua cuộn kích từ vì vậy ta cũng sẽ sử dụng bộ biến đổi một
chiều sử dụng các van có điều khiển.


I. chọn sơ đồ mạch chỉnh l-u .
Vì cuộn kích từ có công suất nhỏ hơn công suất mạch phần ứng nên ta có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh l-u hình cầu
một pha có điều khiển hoặc bán điều khiển. Để thấy đ-ợc tính -u, nh-ợc điểm của từng loại sơ đồ sau đây ta sẽ lần l-ợt đi
xét hai sơ đồ hình cầu một pha bán điều khiển và điều khiển hoàn toàn.
1. sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn
sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp: (hình 18).








Trong sơ đồ này:
BA : Là máy biến áp cung cấp
cho các van T
1
điện áp xoay chiều
T

4
dùng để biến dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều.
R
d


Ud
T
3

U
2
E
d
L
d
T
2
T
4
T
1
i
T4
i
T1
i
T3
i

T2
i
1
i
2
U
1
*
*
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



24


E
đ
, L
đ
, R
đ
: Là các phần tử phụ tải.
U
1
, U
2
: Là điện áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA.
i

1
, i
2
: Là dòng điện trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA.
a. Nguyên lý làm việc của sơ đồ :
Xét với phụ tải L
đ
=
Giả thiết là trong khoảng lân cận phía tr-ớc thời điểm t = v
1
= thì trong sơ đồ hai van T
3
, T
4
đang dẫn dòng. Tại
t = v
1
= thì hai van T
1
, T
2
đồng thời có tín hiệu điều khiển lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận (U
T1
= U
T2
=
U
2
). Do vậy cả hai van này cùng mở. Hai van T
1

T
2
mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không.Và ta có:
U
đ
= U
2
; U
T3
= U
T4
= -U
2



Và tại = v
1
= thì U
2
> 0 tức là T
3
, T
4
bị đặt điện áp ng-ợc và khoá lại từ thời điểm này trong sơ đồ chỉ có hai van T
1
,
T
2
dẫn dòng Khi hai van T

1
, T
2
làm việc thì:
U
d
= U
2
; U
T1
= U
T2
= 0 ; U
T3
= U
T4
= -U
2
; i
T1
= i
T2
= i
đ
= I
đ
; i
T3
= i
T4

= 0
Đến t = thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động ng-ợc chiều với chiều dòng qua
T
1
,T
2
. Đồng thời T
3
, T
4
lúc này có điện áp thuận nh-ng vẫn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển vì vậy mà T
1
, T
2
vẫn
tiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động sinh ra trong L
đ
dòng tải có su h-ớng giảm.
Tại t = v
2
= + thì T
3
,T
4
đồng thời có tín hiệu điều khiển. Trên hai van đang có điện áp thuận nên T
3
, T
4

mở.
Khi hai van T
3
, T
4
mở thì sụt điện áp trên nó giảm về băng không và ta có:
U
đ
= - U
2
; U
T1
= U
T2
= U
2

Và Tại T = + thì U
2
> 0 tức là T
1
, T
2
bị đặt điện áp ng-ợc và khoá lại lúc này trong sơ đồ chỉ có hai van T
3
,
T
4
khi hai van T
3

,T
4
làm việc ta có:
U
đ
= U
2
; U
T1
= U
T2
= U
2
; U
T3
= U
T4
= 0
i
T1
= i
T2
; i
T3
= i
T4
= i
đ
= I
đ

Đến = 2 thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d-ơng nó có tác động ng-ợc với chiều dòng qua T
3
, T
4

đồng thời T
1
,T
2
đ-ợc đặt điện áp thuận nh-ng T
1
, T
2
vẫn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển nên sức điện động tự cảm L
đ
vẫn
làm cho T
3
, T
4
mở và tiếp tục dẫn dòng.
Đến t = v
3
= 2 + thì T
1
,T
2

đồng thời có tín hiệu điều khiển nên T
1
, T
2
cùng mở. T
3
, T
4
bị đặt điện áp ng-ợc và
khoá lại. Từ thời điểm này sơ đồ lại lặp lại trạng thái nh- từ t = v
1
C. Các biểu thức tính toán.
U
đ
= U
d0
Cos

; U
đ0
=
22
9,0.
2.2
UU


I
T.tb
=

2
d
I
; I
T
=
2
d
I

U
thmax
= U
Tngmax
=
2
.2U
; I
2
=
ba
d
K
I
; I
2
=
2
d
I

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



25





2 . sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha bán điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý và giản đồ dòng và áp (Hình 20).








Trong sơ đồ này hai
van điều khiển đ-ợc bố trí cùng môt
nhóm van, nhóm còn lại là hai van
không điều khiển.
b. Nguyên lý làm việc :
Xét
với L
d

=


thiết: Tr-ớc thời điểm t =
Giả
v
1
= thì
trong sơ đồ có hai van T
2
và
D
2
làm việc. Lúc đó ta có U
t1
= U
2
> 0 nh-ng T
1
còn ch-a mở vì ch-a có tín hiệu điều khiển. Tại t = v
1
= thì T
1
có tín
hiệu điều khiển T
1
có đủ hai điều kiện để mở T
1
mở và cùng dẫn dòng cùng van D
2

. Do T
1
mở nên U
T1
giảm về bằng 0
vì vậy U
T2
= -U
2
< 0. Tức là T
2
bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại từ t = v
1
= thì chỉ có T
1
, D
2
làm việc khi T
1
và D
2

cùng dẫn dòng ta có:
U
d
= U
2
; U
T2
= -U

2
; U
D1
= -U
2
; U
T1
= 0 ; U
D2
= 0
i
T1
= i
d
= I
d
; i
D2
= i
d
= I
d
; i
T2
= 0
Đến t = thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang âm nên D
2
sẽ bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại. Điện áp thuận đ-ợc

đặt lên D
1
và T
2
do T
2
ch-a có tín hiệu điều khiển nên T
2
vẫn ch-a dẫn dòng còn D
1
mở. D
1
mở nên điện áp trên nó giảm
về bằng không (U
D1
= 0). Và ta có U
D2
= U
2
. Do T
2
ch-a mở mà điện áp L
d
có giá trị lớn (L = ). Nên sức điện động tự

cảm sinh ra trong L
d
vẫn duy trì nên T
1
vẫn mở. Vậy từ t = trong sơ đồ chỉ có hai van T

1
, D
1
mở lúc này ta có:
U
d
= 0 ; U
T1
= 0 ; U
D1
= 0 ; U
T2
= -U
2
; U
D2
= U
2

I
T2
= 0 ; i
D2
= 0 ; i
T1
= i
d
= I
d
; i

D1
= i
d
= I
d
Từ t = + thì van T
2
có tín hiệu điều khiển lúc đó T
2
đang có điện áp thuận nên T
2
mở van T
2
mở thì điện áp
trên nó giảm về bằng không. Nên U
T1
= U
2
< 0. Tức là T
1
bị đặt điện áp ng-ợc nên khoá lại. Do vậy từ t = v
2
trong sơ
đồ chỉ có T
2
và D
1
cùng dẫn dòng khi hai van T
1
và D

2
dẫn dòng ta có:
U
T2
= 0 ; U
D1
= 0 ; U
d
= -U
2
; U
T1
= U
2
; U
D2
= U
2

I
T1
= 0 ; i
D2
= 0 ; i
T2
= i
d
= I
d
; i

D1
= i
d
= I
d
Đến t = 2 thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang d-ơng U
2
bắt đầu đặt điện áp thuận lên T
1
và D
2
. Do T
1
ch-a có tín hiệu
điều khiển nên T
1
vẫn khoá. Còn D
2
sẽ mở. D
2
mở điện áp trên nó giảm về bằng 0 và ta có U
D1
= -U
2
. Mà tại t = 2 thì
U
2
đang chuyển sang d-ơng nên D

1
sẽ bị đặt điện áp ng-ợc nên sẽ khoá lại. Mặt khác T
1
ch-a mở mà điện cảm L
d
có giá
trị rất lớn nên sức điện động tự cảm sinh ra trong L
d
để tiếp tục duy trì dòng tải làm T
2
vẫn mở do vậy từ t = 2 trong sơ
đồ có hai van là T
2
và D
2
cùng đẫn dòng. Khi T
2
và D
2
dẫn dòng ta có:
U
T2
= 0 ; U
D2
= 0 ; U
d
= 0 ; U
D1
= -U
2

; U
T1
= U
I
T1
= 0 ; I
D1
= 0 ; i
D2
= i
d
= I
d
; i
T2
= i
d
= I

Tại t = 2 + Thì T
1
có tín hiệu điều khiển nên T
1
mở. T
1
mở U
T1
giảm về bằng không nên U
T2
= -U

2
< 0. T
2
bị đặt
điện áp ng-ợc nên khoá lại. Do vậy từ t = v
3
trong sơ đồ chỉ có T
1
và D
2
dẫn dòng sơ đồ lại lặp lại trạng thái làm việc
nh- từ t = v
1
.
Kết luận: Qua việc phân tích trên ta thấy với sơ đồ hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn có điện áp ra một chiều
bằng phẳng hơn song để mở các van ta cần có bốn kênh điều khiển để mở các Tiristo vì vậy sẽ phức tạp hơn cho hệ thống.
Ta biết rằng với mạch kích từ đòi hỏi công suất không lớn lắm nên ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh l-u hình cầu một pha
bán điều khiển sử dụng hai tiristo và hai điôt với sơ đồ này nó cũng có thể đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trong hệ thống mà ta
chỉ cần sử dụng hai kênh điều khiển nên sẽ đơn giản cho mạch điều khiển và sử dụng ít thiết bị hơn sẽ kinh tế hơn.

R
d


Ud
T
2

U
2
E
d
L
d
D
2
D
1
T
1
i
D1
i
T1
i
T2

i
D2
i
1
i
2
U
1
*
*
Bé m«n tù ®éng ho¸ ThuyÕt minh ®å ¸n tèt nghiÖp
Tr-êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp



26

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp

Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



27


2-10 thiết kế mạch điều khiển tiristo (t
1
, t
2
)

Nh- ta đã biết để cho các van của bộ chỉnh l-u mở tại những thời điểm mong muốn ta cần phải có mạch phát ra
các xung điều khiển đ-a đến mở các tiristo tại những thời điểm yêu cầu nh-: Biên độ, công suất và thời gian tồn tại để mở
chắc chắn các van khi cần thiết. Vì vậy ta cần phải phân tích chọn các mạch điều khiển đáp ứng các yêu cầu trên và phải
đảm bảo chất l-ợng cao.
Hiện nay hệ thống điều khiển th-ờng sử dụng ba ph-ơng pháp phát xung chính đó là:
- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng.
- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang.
- Mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc sử dụng điôt hai cực gốc.
I. mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng.
Hệ thống này tạo ra các xung điều khiển nhờ việc so sánh giữa tín hiệu điện áp tựa hình răng c-a thay đổi theo chu
kỳ điện áp l-ới và có thời điểm xuất hiện phù hợp góc pha của l-ới với điện áp một chiều thay đổi đ-ợc.
Hệ thống này có nh-ợc điểm là mạch khá phức tạp song nó cũng có những -u điểm nổi bật nh-: Khoảng điều chỉnh
góc mở rộng, ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp nguồn, dễ tự động hoá. Mỗi chu kỳ của điện áp anôt của tiristo
chỉ có một xung đ-a đến mở. Nên giảm tổn thất trong điều khiển Do đó hệ thống này đ-ơc sử dụng rộng rãi.

II. mạch phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang .
Ph-ơng pháp này ng-ời ta tạo ra điện áp điều khiển hình sin có tần số bằng tần số nguồn và có biên độ không đổi.

Các xung điều khiển sẽ đ-ợc

tạo ra tại các thời điểm bằng không và bắt đầu chuyển sang d-ơng của các điện áp điều khiển hình sin. Việc thay đổi góc
điều khiển đ-ợc thực hiện bằng cách thay đổi góc pha của các điện áp điều khiển hình sin. Vậy với hệ thống điều khiển
này tr-ớc tiên ta phải tạo ra hệ thống điện áp hình sin với biên độ không đổi và góc pha điều khiển đ-ợc. Với hệ thống
điều khiển này ng-ời ta sử dụng các sơ đồ cầu dịch pha dùng điện trở, tụ điện (cầu R-C). Hoặc điện trở, điện cảm (R-L).
Khi đã có các điện áp điều khiển ng-ời ta tạo ra các xung điều khiển cho các tiristo tại những thời điểm bằng không và
bắt đầu chuyển sang d-ơng của các điện áp hình sin. Sau khi đã có các xung xuất hiện đúng thời điểm cần thiết thì tuỳ
thuộc vào dạng và công suất xung đã có và xung yêu cầu cần có mà sửa xung theo đúng yêu cầu để mở tiristo.
Hệ thống này có một số nh-ợc điểm nh-: Phạm vi thay đổi của không rộng, rất nhạy với sự thay đổi dạng của
điện áp nguồn, khó tổng hợp nhiều tín hiệu điều khiển Nên hệ thống này ít đ-ợc sử dụng.

III. mạch phát xung điều khiển sử dụng điôt hai cực gốc (UJT).
Ph-ơng pháp này cũng tạo ra các xung nhờ việc so sánh giữa điện áp răng c-a xuất hiện theo chu kỳ nguồn xoay
chiều với điện áp mở của UJT. Ph-ơng pháp này đơn giản song có nh-ợc điểm là góc mở có phạm vi điều chỉnh hẹp vì
ng-ỡng mở của UJT phụ thuộc vào điện áp nguồn nuôi. Mặt khác trong một chu kỳ điện áp l-ới mạch th-ờng đ-a ra
nhiều xung điều khiển nên gây tổn thất phụ trong mạch điều khiển.
Kết luận: Qua phân tích nh- trên ta thấy ph-ơng pháp phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha đứng có -u điểm
là góc mở có phạm vi điều chỉnh rộng đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ. Vậy ta chọn ph-ơng pháp phát xung điều khiển
theo nguyên tắc pha đứng.


I. sơ đồ mạch điều khiển.
Sơ đồ khối mạch điều khiển gồm có ba khối nh- sau:

Trong đó:
U
1
: Điện
áp l-ới
(nguồn
xoay chiều
) cung cấp
điện áp
cho sơ đồ chỉnh l-u.
U
rc
: Điện áp tựa có dạng hình răng c-a lấy từ khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a.
U
đk
: Điện áp điều khiển một chiều lấy từ đầu ra của khối khuyếch đại và đ-a vào khối so sánh để so sánh với điện
áp răng c-a.
U
đkT
: Điện áp điều khiển đ-ợc lấy từ đầu ra của mạch điều khiển để điều khiển mở tiristo.
Khối I : Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a. Khối này có nhiệm vụ lấy tín hiệu đồng bộ hoá và tạo ra điện áp
có hình răng c-a để đ-a vào khối so sánh.
Khối II : Khối so sánh. Khối này có nhiệm vụ so sánh tín hiệu điện áp tụa hình răng c-a với điện áp điều khiển
(U
đk
) để phát ra tín hiệu xung điện áp để đ-a tới mạch tạo xung.
Khối III : Khối tạo xung. Khối này có nhiệm vụ tạo ra các xung điều khiển có đủ thông số để đ-a tới chân điều
khiển của tiristo.

1. khối đồng bộ hoá và phát sóng răng c-a .

Khối này có nhiệm vụ tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ nguồn xoay
chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh l-u và điều khiển đ-ợc thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi
Khối 1


Khối 2


Khối 3


đbh
&
fxrc

ss

TX
U
đk


U
1


U
đkT

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



28



chu kỳ và tín hiệu đ-ợc sử dụng tốt nhất là tín hiệu dạng răng c-a có chu kỳ biến đổi nh- dạng tín hiệu ra. Trong khâu
gồm mạch đồng bộ tạo ra điện áp đồng bộ (U
đb
). Mạch tạo sóng răng c-a đ-ợc tạo ra do nguồn đồng bộ.
Khối đồng bộ hoá phát sóng răng c-a có thể đ-ợc xây dựng từ các phần tử D, R, C, kết hợp với các TRANTZITO
(TR) hoặc IC khuyếch đại thuật toán để có dòng nạp cho tụ là tuyến tính. Ta sử dụng vi mạch thuật toán có sơ đồ nh- hình
vẽ sau:













Nguyên lý làm việc của khối nh- sau:

Giả thiết : TR khoá thì tụ C đ-ợc nạp bởi dòng đầu ra của IC khuyếch đại thuật toán. Dòng nạp của tụ đ-ợc xác
định: i
c
= -i
1
+ i
v
.
Nếu IC khuyếch đại tuật toán là lý t-ởng điện trở vào của nó bằng vô cùng thì: i
v-
= i
v+
= 0 do vậy i
c
= -i
1

Mặt khác : i
1
=
ConstI
RWR
U
cc



3
Ư

điều này có nghĩa là khi TR khoá thì tụ C đ-ợc nạp bởi dòng không đổi có giá trị I. Vậy ta có:


Từ t = 0 thì U
đb
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d-ơng dẫn đến D mở nên mạch gốc phát TR bị đặt điện áp ng-ợc
nên khoá lại. Tụ C đ-ợc nạp điện bởi dòng không đổi từ đầu ra của IC khuyếch đại thuật toán. Điện áp trên tụ đ-ợc tăng
dần theo quy luật tuyến tính. Đến t = thì U
đb
= 0 và bắt đầu chuyển sang âm D khoá, TR mở nhờ cặp điện trở định
thiên R
1
, R
2
nên tụ C phóng điện nhanh qua TR. Điện áp trên tụ giảm dần về bằng 0 và giữ nguyên giá trị 0 cho tới t =
2 và bắt đầu lại chu kỳ nạp mới. Ta có đồ thị điện áp (hình vẽ 22).
Với giả thiết IC khuyếch đại là lý t-ởng thì hệ số khuyếch đại là vô cùng lớn. Vậy nếu IC khuyếch đại đang ở chế
độ khuyếch đại tuyến tính thì điện áp giữa hai đầu đ-ợc xem nh- là bằng không (U = 0). Từ sơ đồ ta có: U
rc
= U
c
+ U
v
=
U
c
Tức là điện áp đầu ra bằng điện áp trên tụ C.
Vậy ta thấy với sơ đồ này có -u điểm là dạng điện áp tựa rất chính xác, dung l-ợng tụ C nhỏ nên không cần điện trở
bảo vệ TR. Mặt khác do điện trở đầu ra của IC nhỏ nên điện áp ra có dạng gần lý t-ởng (dung l-ợng của tụ khoảng 220
F).

2. khâu so sánh .

Nhiệm vụ: Tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách lặp đi lặp lại với chu kỳ bằng chu kỳ điện áp răng c-a
và điều khiển đ-ợc thời điểm xuất hiện của mỗi xung. Mạch so sánh có thể sử dụng các TR hoặc vi mạch khuyếch đại
thuật toán.
Tín hiệu vào của khâu so sánh là điện áp răng c-a (U
rc
) và điện áp điều khiển một chiều (U
đk
). Hai điện áp này đ-ợc
tổng hợp sao cho đầu vào của khâu so sánh có tác dụng ng-ợc chiều nhau. Có hai cách tổng hợp tín hiệu đó là tổng hợp
nối tiếp và tổng hợp song song. Với ph-ơng pháp tổng hợp nối tiếp có -u điểm là chính xác, với việc sử dụng vi mạch cho
phép xác định góc chính xác hơn do các vi mạch có hệ số khuyếch đại rất lớn và bão hòa rất nhanh. Vì vậy ta sử dụng
ph-ơng pháp tổng hợp

tín hiệu nối tiếp và sử dụng vi mạch thuật toán.
Ta có sơ đồ mạch so sánh và dạng xung, áp điều khiển đầu ra của khâu so sánh (hình 23).



+ U
cc
i
1
U
đb

*

U
1

R
2

R
1

D
1
- U
cc
*
TR
1

i
v-
i
v+
R
3

I
c
IC
1

-

+

U
rc
C

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



29


Nguyên lý làm việc của khối nh- sau:
Giả sử : Dạng điện áp răng c-a và điện áp điều khiển nh- hình vẽ. Từ sơ đồ mạch ta có điện áp đầu ra vi mạch đ-ợc
xác định theo biểu thức: U
v
= U
đk
- U
rc

Vì vậy trong khoảng t = 0 v
1
U
đk
> U

rc
nên U
đk
- U
rc
>0 . Điện áp đ-a đến đầu vào đảo của IC có
trạng thái 1 và đầu ra có trạng thái 0 không có xung ra. Từ t = v
1
v
1
,
thì U
đk
< U
rc
. Do đó đầu vào IC bắt đầu
lật trạng thái do đó đầu ra của IC có trạng thái 1. Trong khoảng t = v
1
,
v
2
Đầu vào của IC luôn có trạng thái 1 do
U
dk
> U
rc
. Nên đầu ra IC ở trạng thái 0 vì vậy không có xung xuất hiện. Khi U
rc
>U
dk

thì IC lật trạng thái khi đó ta
lại đ-ợc một xung điều khiển nh- vậy mỗi chu kỳ ta sẽ đ-ợc một xung. Khi thay đổi giá trị U
dk
ta sẽ điều chỉnh đ-ợc thời
điểm phát xung hay thời điểm lật trạng thái cuả IC khuyếch đại thuật toán tức là điều chỉnh đ-ợc góc mở .

2. khâu tạo xung .
Nhiệm vụ: Vì các xung ở đầu ra của khâu so sánh ch-a đạt yêu cầu về độ chính xác của các thời điểm xuất hiện
xung, sự đối xứng của các xung ở các kênh, biên độ, độ rộng, công suất Vì vậy mạch tạo xung nhằm tạo ra các yêu cầu
về độ chính xác nêu trên. Khâu tạo xung đ-ợc thực hiện bởi các mạch khuyếch đại xung và mạch sửa xung và sau đó xung
đ-ợc đ-a đến cực điều khiển của các Tiristo. Việc đ-a xung điều khiển đến cực điều khiển của tiristo đ-ợc thực hiện bởi các
máy biến áp xung vì các máy biến áp xung vừa có thể cách li giữa mạch động lực và mạch điều khiển vừa có thể đồng thời
đ-a nhiều xung đến mở các Tiristo.
a. Mạch khuyếch đại xung :
Sơ đồ mạch khuyếch đại xung (hình 24) .











Để khuyếch đại xung ta có thể sử dụng các
tranzito hay các tiristo. Với các mạch sử dụng tiristo
th-ờng đ-ợc sử dụng trong các tr-ờng hợp đòi hỏi công
suất điều khiển lớn và thời gian tồn tại xung dài

tr-ờng hợp này ít gặp. Trong thực tế ta th-ờng sử
dụng các tranito ghép thành tầng khuyếch đại
th-ờng ghép theo mạch Đalingtơn với hệ số khuyếch
đại là: =
1
.
2


đó:
1
,
2
Là hệ số khuyếch đại của
Trong
tranito ghép tầng.
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Khi thời gian bão hoà của mạch từ lớn hơn
thời gian tồn tại xung vào: t
bh
> t
xv
. Khi ch-a có xung vào biến áp xung ch-a có xung nên xung ra bằng 0 (U
đkT
= 0). Khi
có xung vào thì đầu ra của biến áp xung ra (có xung điều khiển Tiristo)
Vì t
bh
> t
xv

nên thời gian tồn tại xung vào ch-a làm cho biến áp xung bão hoà do đó khi xung vào mất thì xung ra
cũng mất theo (U
đkT
=U
v
).
b. Mạch sửa xung: Do tính chất của khâu so sánh mà độ dài xung th-ờng hay thay đổi theo góc mở . Do đó ta phải
có mạch sửa xung để đảm bảo độ rộng xung xung ra đủ mức cần thiết. Mạch sửa sung ta sử dụng các phần tử R-C ghép
giữa khâu so sánh và khâu khuyếch đại xung. c. Mạch phân
chia xung: Để đảm bảo sự đối xứng của tín hiệu điều khiển trên các van của sơ đồ chỉnh l-u ta phải sử dụng mạch phân
chia xung đảm bảo các xung điều khiển của hai kênh lệch nhau một góc 180.
0

*



*
W
1
W
2
D
2
TR
1
TR
2
U
v

D
3
D
1
+U
cc

U
rc
U
dk
IC

-

+

U
r
U
U
rc
U
dk
U
r
t

t

0

t

V
1
V'
1
V'
2
V
2
-U
cc
+U
cc
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



30


Để tạo ra mạch phân chia xung ng-ời ta sử dụng các linh kiện bán dẫn với các mạch điện tử nh- các mạch Trigơ,
các mạch đa hài đợi, các mạch lôzic sử dụng phần tử AND, NAND, OR.
II. mạch tạo Điện áp nguồn nuôi .
Ta sử dụng mạch nguồn nuôi chỉnh l-u tạo điện áp U = 15 (v) để cung cấp điện áp cho mạch điều khiển.
Sơ đồ mạch tạo điện áp nguồn nuôi nh- hình (hình 27):

VI. mạch
khuyếch
đại trung
gian.
Sơ đồ mạch
khuyếch đại trung gian (hình 28):







Mạch phản hồi
sử dụng máy phát
tốc tổng hợp với tín
hiệu đặt dùng IC
khuyếch đại thuật toán.
Máy phát tốc
biến đổi tín hiệu cơ
thành tín hiệu điện
và đ-ợc nối cứng trục

với động cơ truyền
động chính.
Nguyên lý làm việc: Giả sử động cơ đang làm việc ổn địng nh-ng vì lý do nào đó tốc độ động cơ bị giảm đột ngột
khi đóp ta có:
U
đk
= U
cđ
-

n

Khi

n
giảm thì U
đk
tăng khi đó góc mở cũng đ-ợc tăng lên và dẫn tới điện áp bộ chỉnh l-u (U
cl
) giảm xuống.
Dòng điện chỉnh l-u đ-a đến bộ kích từ giảm nên từ thông động cơ cũng giảm theo biểu thức: = cI
kđ
. Do đó động cơ tự
động tăng tốc độ đến giá trị đặt (U
đ
). Ng-ợc lại nếu tốc độ tăng dẫn tới U
dk
giảm giảm U
cl
tăng I

kt
tăng
tăng động cơ lại tự động giảm tốc tới giá trị đặt.












Phần III
Tính chọn thiết bị








7815
7915
BA
C
5

C
6
C
7
C
8
U
L
+15v (+U
CC
)
-15v (+U
CC
)
*
*
*
WR

-

+


FT
C
4

R
4

IC

-

+


R
1

C
3
R

U
cc
U
đ
k
U
rc
U

U
dk1
U
dk2
0

2

1
t
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt nghiệp
Tr-ờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



31










1. Đặt vấn đề:

Để hệ thống truyền động điện đáp ứng đ-ợc quá trình công nghệ thì việc tính chọn thiết bị có ý nghĩa quan trọng cả
về kỹ thuật và kinh tế. Nếu việc tính chọn thiết bị càng chính xác thì hệ thống làm việc càng an toàn và còn nâng cao đ-ợc
hiệu xuất của hệ thống. Nếu việc tính chọn các thiết bị không chính xác thì khi vận hành hệ thống sẽ làm việc thiếu chính
xác và không an toàn vì vậy sẽ không đáp ứng đ-ợc yêu cầu công nghệ của các chi tiết gia công. Thậm chí khi cho vận
hành sẽ làm cho cả hệ thống bị hỏng. Vậy việc tính chọn các thiết bị có ý nghĩa rất quan trọng cho cả hệ thống truyền
động. Khi chọn các thiết bị cần phải đáp ứng đ-ợc yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật.
I. tính chọn thiết bị mạch động lực .
1. chọn động cơ:
Từ yêu cầu công nghệ của máy tiện T1565 và từ sơ đồ mạch thiết kế ta chọn động cơ có các số liệu sau:

+ Động cơ loại: K 133 - 4K.
+ Công xuất định mức: P
H
= 100 (kw).
+ Điện áp định mức mạch phần ứng: U
H
= 440 (v).
+ Dòng điện định mức mạch phần ứng: I
H
= 254 (A).
+ Tốc độ nhỏ nhất trên trục động cơ: n
min
= 300 (v/ph).
+ Tốc độ lớn nhất trên trục động cơ : n
max
= 1500(v/ph).
+ Ke = 8.
+ Số đôi cực phần ứng: 2p = 4
+ Quá tải làm việc cho phép: n = n
H
=2,5 (lần); n= n
H
=1,6 (lần).
+ Cuộn dây phần ứng: 2a = 2; w = 189 (vòng/cực); UH =440
+ Cuộn dây kích từ: 2a = 2; w = =677 (vòng).
+ Điện trở cuộn dây kích thích: R
kt
= 4,08 ().
+ Điện áp cuộn dây kích thích: U
kt

= =110 (v).

+ Cuộn dây bù: w = 16 (vòng) ; R
b
= =0,0212 ().
+ Cuộn phụ: w = 15 (vòng) ; R
f
= 0,0103 ().
+ Dòng điện cuộn dây kích thích: I
H
= 26,5 (A).
2. chọn van chỉnh l-u mạch phần ứng .
Giá trị điện áp ng-ợc cực đại đặt lên van: U
Bmax
= K
e
.K
c
. K
v
. U
d

Trong đó:
K
e
= 1

,045: Là hệ số dự trữ theo điện áp có khả năng giảm điện áp l-ới.
K

c
= 1,2 1,5: Là hệ số kể đến giá trị điện áp ng-ợc đặt lên van.
Chọn K
c
= 1,2
K
v
= 1,05: Là hệ số kể đến ảnh h-ởng của dòng qua anốt.
U
Bmax
= 1,04 . 1,2 . 1,05 . 440 = 579,3 (v)
- Giá trị dòng trung bình chạy qua van:
I
Btb
= K
I
.I
H
= 2 . 254 = 508 (A)
Trong đó:
K
I
= 2 4: Là hệ số dòng điện. Chọn K
I
= 2
- Vậy ta chọn van có các số liệu sau:
I
B
= 500 (A) ; U = 0,8 (v).
I

ng
= 5 (A) ; U
ng
= (700 1500).
I
H
= 500 (A).
Thời gian quá tải 20% = 30 (s).
Thời gian quá tải 100% = 1 (s).

3. chọn điện trở hãm .
a. tính chọn trị số của R
H
: Khi hãm động năng giá trị hãm R
H
càng nhỏ thì hiệu quả hãm càng cao nh-ng vẫn
phải đảm bảo dòng điện hãm không v-ợt quá 2,5.I
H
tức là I
g0H
= 2,5.I
H
giá trị của điện trở hãm đ-ợc tính: R
H


0
0
max
r

I
E
hg











Trong đó:
E
max
: Là sức điện động lớn nhất lấy bằng điện áp định mức của động cơ: E
max
= U
H

I
g0H
: Là giá trị dòng lớn nhất khi hãm:
I
g0H
= 2,5 . I
H
= 2,5 . 254 = 635 (A).