giới thiệu về công nghệ và hệ thống truyền động cho động cơ quay chi tiết máy mài tròn

Lời mở đầu
Sự bùng nổ của tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện-điện tử-tin học trong những
năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn trong
lĩnh vực truyền động điện tự động.Đó là sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ
biến đổi công suất,với kích thớc gọn nhẹ,độ tác động nhanh,dễ dàng ghép nối với các
mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử,vi xử lý, Các hệ truyền động điện tự động ngày
nay thờng sử dụng nguyên tắc điều khiển vectơ cho các động cơ xoay chiều.Phần lớn các
mạch điều khiển đó dùng kỹ thuật số với phần mềm linh hoạt,dễ dàng thay đổi cấu
trúc,tham số cũng nh luật điều khiển.Điều này làm cho các hệ truyền động điện tăng độ
chính xác,làm cho việc chuẩn hoá chế tạo các hệ truyền động điện hiện đại có nhiều đặc
tính làm việc khác nhau,dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu của công nghệ sản suất.
Do vậy,đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ giúp chúng ta nắm chắc hơn những
kiến thức cơ bản,những hệ thống truyền động điện kinh điển đồng thời nó cũng nhằm
mục đích cho chúng ta từng bớc tiếp cận với thực tế,tiếp cận với những hệ truyền động
điện hiện đại.
Nội dung của đồ án đợc chia làm 4 phần:
Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ máy mài và hệ thống truyền động cho động
cơ quay chi tiết máy mài tròn.
Chơng II : Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất động cơ và mạch lực.
Chơng III : Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ truyền động .
Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển.
Chơng V : Mô phỏng(Simulink).
Để có thể hoàn thành đợc đồ án này, bên cạnh sự cố gắng của cá nhân em cũng nh
của các bạn trong nhóm còn nhờ có sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo
hớng dẫn. Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu ngắn và trình độ bản thân còn hạn chế nên
đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong các thầy hớng dẫn và bổ
sung thêm để đồ án này đợc hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cám ơn !

1
Chơng I
Giới thiệu về công nghệ và hệ thống truyền động cho
động cơ quay chi tiết máy mài tròn.
I.Đặc điểm công nghệ
Trong ngành chế tạo cơ khí hiện đại, các loại máy mài chiếm một đơn vị quan
trọng. Là vì máy mài gia công rất dễ đạt độ chính xác cấp hai. Máy mài chủ yếu dùng để
gia công láng sau khi đã gia công trên máy tiện, phay, bào, vì lợng thừa gia công trên
máy mài rất ít, phạm vi lợng thừa cũng chỉ độ vài phần mời ly.
Ưu điểm lớn của máy mài là gia công đợc các chi tiết tôi mà trên nhiều máy khác
không làm nổi.
Dùng phơng pháp mài dễ đạt độ chính xác cao do lực cắt gọt tơng đối lớn, đặc biệt
là độ dày của lát mài mỏng, do đó, công việc mài không thể tiến hành một lần mà cần
phải qua nhiều lần cắt gọt.
II.Phân loại máy mài công nghiệp.

Máy mài công nghiệp
Máy mài trònMáy mài phẳng Các loại khác
Máy
mài
t ròn
ngoài
Máy
mài
t ròn
t rong
Máy
mài
bằng

biên
đá
Máy
mài
mặt
đầu
Máy mài vô tâm
Máy mài rãnh
Máy mài cắt
Máy mài răng


2

a. Máy mài t ròn ngoài
b. Máy mài t ròn t rong
Đá mài
Chi t iết
Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn
Máy mài tròn có chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài, chuyển động
ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyển tịnh tiến
theo hớng ngang trục (ăn dao ngang trục) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao
vòng). Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết.
III.Truyền động điện của máy mài.
1.Truyền động chính
Thông thờng truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử
dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. ở những máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc
độ cắt không đổi khi đá bị mòn hay kích thớc chi tiết gia công thay đổi, thờng sử dụng
truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=(2 ữ 4):1 với cs không đổi.
Máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ữ 80 m/s nên đá mài có đờng kính lớn thì tốc độ

quay của đá khoảng 1000 vòng/phút. ở những máy có đờng kính nhỏ, tốc độ đá rất cao.
Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ 24000 ữ 48000 vòng/phút hoặc
có thể lên tới 150000 ữ 200000 vòng/phút, đá mài gắn trên trục động cơ. Nguồn của
động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao - biến tần quay hoặc là các
bộ biến tần tĩnh - biến tần thyristor.
Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thờng là 15 ữ 20% mômen định mức.Mômen quá
tính của đá và cơ cấu truyền lực lớn 500 ữ 600% mômen quán tính của động cơ, do đó
cần hãm cỡng bức động cơ quay đá và không yêu cầu đảo chiều quay động cơ .
2. Truyền động ăn dao
Máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc
độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 ữ 4) : 1. ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến
đổi - động cơ điện một chiều (BBĐ - ĐM), hệ KĐT - ĐM có D = 10 : 1 với phơng pháp
điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
3
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM với
dải điều chỉnh tốc độ D = (20 ữ 25) : 1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ lực.
3.Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
4.Đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy có thể biểu diễn dới dạng biểu
thức tổng quát:
( )( )
c co dm co
dm
M M M M



= +
Trong đó :

M
C0
: Mômen ứng với tốc độ =0;
M
đm
: Mômen ứng với tốc độ định mức
đm
Mc : Mômen ứng với tốc độ
: Số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy mài nói riêng và
máy cắt gọt kim loại nói chung, thờng nhận hai giá trị:
=1 (ứng với truyền động chính

=
1
M
c
và P = const)
=0 (ứng với truyền động ăn dao M
c
= M
đm
= const).
Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ đợc cố định theo một quy
luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc
điều kiện tự nhiên.
Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P = const)
khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngợc với tốc độ

1
=

c
M
.
Nh vậy, ở tốc độ thấp, mômen có thể lớn nên kích thớc các bộ phận cơ khí phải
chọn lớn lên, điều đó không có lợi. Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ
thấp chỉ dùng cho các chế độ làm việc nhẹ (F
z
và P
z
nhỏ). Vì vậy, ở vùng tốc độ thấp, ng-
ời ta giữ mômen không đổi còn công suất thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ.
Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi khi điều chỉnh tốc độ.
Tuy nhiên, ở vùng tốc độ thấp, lợng ăn dao s nhỏ, lực cắt F
z
bị hạn chế bởi chiều sâu cắt
tới hạn t. Trong vùng này, khi tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng
giảm theo. ở vùng tốc độ cao, tơng ứng với tốc độ v
z
của truyền động chính cũng phải
lớn, nếu giữ F
ad
lớn nh cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn. Do đó, cho phép giảm
nhỏ lực ăn dao trong vùng này, mômen truyền động ăn dao cũng giảm theo.

4
5.Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài
v
F
z
v

z
v
gh
0
F
ad
v
ad
v
1
0
v
2
b. T ruyền động ăn dao
a. Truyền động chính
Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của
nó giống đặc tính cơ của máy. Khi đó, động cơ đợc sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm
việc đầy tải ở mọi tốc độ. Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt đợc các chỉ tiêu năng lợng
cao. Nói cách khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thớc nhỏ nhất cho máy.
Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng một hệ thống truyền động điện là độ
ổn định tốc độ %. Đờng đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao. Nói
chung, truyền động chính yêu cầu % (5 ữ 15)% còn truyền động ăn dao yêu cầu
% (5 ữ 10)%.
5
Chơng II
Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công
suất động cơ và mạch lực.
I.Các phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn
công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt

ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này,
kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng
án duy nhất để thiết kế.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của máy mài tròn
và nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phải
điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông
động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:
+Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
+Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều .
+Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
+Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phơng pháp điều
chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ).
1.Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền động
điện mà mạch phần ứng của động cơ điện một chiều đợc cung cấp từ một
máy phát điện riêng có khả năng biến đổi sức điện trong một phạm vi rộng.
- Đặc điểm của hệ truyền động F - Đ
+ Đặc tính cơ hệ F- Đ mềm hơn đặc tính cơ Đ do có thêm R
f
.
+ Có thể làm việc ở cả bốn góc phần t.
+ Điều chỉnh U
ktf
dẫn đến điều chỉnh tốc độ không tải của động cơ.
- Ưu điểm:
+ Dễ điều chỉnh, vùng điều chỉnh rộng 30:1.
+ Đảo chiều êm, tin cậy.
- Nhợc điểm
+ Công suất lắp đặt bằng ba lần công suất vận hành.

+ Kích thớc lắp đặt lớn.
+ Vốn đầu t lớn, ồn.

6
2.Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều .
Do điện năng đợc sản xuất và phân phối chủ yếu ở dạng xoay chiều có tần số công
nghiệp. Để cung cấp cho các động cơ một chiều từ lới điện xoay chiều, phải dùng thiết
bị biến đổi.
Nguyên lý chung của các bộ biến đổi đợc mô tả nh sau: Các van cho dòng điện đi
qua trong một phần chu kỳ gọi là khoảng dẫn, và ngắt mạch trong phần còn lại của chu
kỳ (khoảng đóng). Trong thực tế ngời ta sử dụng các loại van có điều khiển thời điểm
đầu khoảng thông nhng không thể ngắt mạch khi dòng điện cha giảm về không. Đồ thị
biều diễn dòng điện và điện áp là những đờng cong phức tạp có chứa thành phần một
chiều và xoay chiều. Do thành phần xoay chiều có ảnh hờng xấu đến quá trình phát nóng
và chuyển mạch của máy điện nên ta phải hạn chế nó.
- Đặc điểm của hệ truyền động T- Đ.
+ Hệ chỉ làm việc ở góc phần t thứ nhất do các van không cho dòng điện chạy theo
chiều ngợc lại.
+ Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhng cứng hơn đặc tính cơ của hệ F - Đ.
- Để hệ có thể làm việc ở cả bốn góc phần t của trục, hệ truyền động T - Đ có đảo
chiều ra đời:
+Phơng pháp điều khiển đổi nối mạch phần ứng.
+Phơng pháp điều khiển mạch kích từ.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối ngợc.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối chéo.
+Phơng pháp điều khiển riêng.
- Ưu điểm:
+Độ tác động nhanh cao.
+Không gây ồn.
+Dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao.

- Nhợc điểm:
+Van bán dẫn nên thông số đầu ra có dạng phi tuyến cao.
+Dạng chỉnh lu có biên độ dập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện.
+Hệ số công suất nói chung là thấp.
3.Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
Điều chỉnh điện áp động cơ cũng có thể thực hiện bằng phơng pháp xung, nếu ta
đóng động cơ vào nguồn và cắt ra khỏi nguồn một cách chu kỳ. Khi đóng động cơ vào
nguồn, năng lợng đợc truyền qua động cơ. Phần chủ yếu của năng lợng này đợc truyền
qua trục động cơ vào máy sản xuất, phần còn lại đợc tích ở dạng động năng và năng lợng
điện từ. Khi ngắt động cơ ra khỏi nguồn, hệ thống truyền động vẫn làm việc nhờ năng l-
ợng điện từ đó.
7
Đặc điểm:
- Độ nhạy cao, tác động nhanh.
- Tần số đóng cắt lớn
4.Hệ thống điều chỉnh động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng biến tần.
Biến đổi tần số là phép biến đổi điện năng một chiều hoặc xoay chiều có tần số cố
định thành dòng điện xoay chiều có tần số biến đổi nhờ các khoá điện tử.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho phép mở rộng phạm vi
sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúng
ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng lúc nh
các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng lăn, Ph ơng pháp điều
chỉnh này còn đợc áp dụng cả trong những thiết bị đơn lẻ, nhất là ở những cơ cấu yêu
cầu tốc độ làm việc cao nh máy ly tâm, máy mài .
Bộ biến tần đợc nối vào lới có tần số f
1
,U
1
không đổi. Đầu ra của nó là f
2

,U
2
biến
đổi theo. Để biến đổi tần số, ngời ta có thể dùng các thiết bị máy điện hoặc bán dẫn với
nguyên lý hoạt động và cấu trúc khác hẳn nhau.
Ưu điểm:
+ Là phơng pháp có rất nhiều triển vọng.
+ Khi sử dụng các bộ biến tần thích hợp có thể đạt đợc điều chỉnh trơn.
+ Sử dụng cùng với động cơ không đồng bộ nên giảm đợc chi phí máy điện.
Nhợc điểm:
+ Bộ biến tần còn tơng đối phức tạp nên giá thành chế tạo cao.
+ Nếu sử dụng bộ biến tần gián tiếp hiệu suất sẽ giảm đi so với biến tần trực tiếp.
Với các đặc điểm của hệ truyền động một chiều và xoay chiều trên đây, ta thấy
rằng các phơng pháp đều có thể ứng dụng vào truyền động động cơ quay chi tiết máy
mài tròn. ở đây, ta chọn động cơ không đồng bộ với phơng pháp biến đổi tần số là vì
các lý do chủ yếu sau đây:
+ Đây là loại máy điện có kết cấu đơn giản.
+ Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đời sống.
+ Sử dụng điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, dễ dàng cho việc lắp đặt, vận
hành và sử dụng.
8
+ Biến tần là thiết bị hiện đại, trong tơng lai sẽ đợc sử dụng nhiều hơn khi mà các
thiết bị bán dẫn với u thế ngày càng phát triền.
+ Có khả năng lập trình, tiện lợi cho ghép nối máy tính, nền tảng cho phát triển
sau này.
+ Và cuối cùng là tính kinh tế của sử dụng biến tần.
II.Tính toán các thông số của động cơ theo giả thiết:
Các thông số kỹ thuật hệ thống
- Mômen cực đại (M
max

): 20 (Nm)
- Tốc độ quay chi tiết (n): 40 ữ800 (Vòng/phút)
- Tỷ số truyền (i): 2
- Hiệu suất (): 0,85
- Mômen quán tính cơ cấu (J): 0,006 (kg/s
2
)
Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều chỉnh tốc độ, ta
cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
Đặc tính phụ tải truyền động P
c
(), M
c
(): Phụ tải truyền động yêu cầu điều
chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
= M
đm
.
max

M
c
0

min

max

M

c
= const
Đặc tính phụ tải
Phạm vi điều chỉnh tốc độ
max
và
min
.

min
= i.
cmin
= i.
60
2.
min

n
=2.
60
.2.40

= 8.38(rad/s) hay n
min
= 80(vòng/phút)

max
= i.
cmax
= i.

60
2.
max

n
=2.
60
.2.800

= 167.55(rad/s) hay n
max
=1600(vòng/phút)
Dải điều chỉnh tốc độ:
min
max


=20:1
Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động: Điều
chỉnh điện áp phần ứng sử dụng biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung.
9
Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc.
Đặc điểm của phụ tải truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn là giữ M = const
trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đại
P
max
=

1
.M

đm
.
max
=

1
.M
cmax
.
cmax
=
1
0,85
.20.
900.2
60


2216,5 (W)

2,2 (kW)
Ngoài ra còn cần phải chọn hệ số an toàn về công suất trong trờng hợp quá tải, lấy hệ
số an toàn k=1,5 (k=1,2 ữ 1,5)
Ta chọn loại động cơ nh sau: (Các đặc tính của động cơ trong truyền đồng điện)
MTM112_6 có thông số sau:
P
đm
= 3,5(kW) cos
đm
=0,75 r

st
=4,33()
n
đm
= 900(vg/ph) cos
0
= 0,13 x
st
=1,67()
3,2=
dm
th
M
M
I
stđm
= 9,5(A) r
r
=0,725()
J = 0,0675(kg/s
2
) I
st0
= 7,25(A) x
r
=0,595()
Q= 88(kg) I
r
= 13,5(A) k
e

= 2,02

Ta tính đợc hệ số trợt khi làm việc ở tốc độ định mức:

1
1
1000 900
0,1
1000
dm
n n
s
n

= = =
Đồng thời mômen định mức tính nh sau:

3500*60
37,15( )
2* *900
dm
dm
dm
P
M Nm

= = =

dm lv
dm lv

M M
n n
>
=
Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ nh sau:
10
Với các giá trị:
r
1
= 4,33() x
1
= 1,67()
r
2
= 0,725() x
2
= 0,595()
Quy đổi các đại lợng rôto sang stato:

)(958,2725,0.02,2
2
22
===

rkkr
ei

)(428,2595,0.02,2
2
22

===

xkkx
ei

)(68,6
02,2
5,13
2
2
A
k
I
I
i
===


)(35,27
25,7
428,2)
1,0
958,2
(68,6
)()(
22
0
2
2
2

2
0
2
=
+
=

+


==
st
r
st
s
I
X
s
R
I
I
E
X
à
Nh vậy ta có tổng trở của động cơ:
),(38,1689,16
67,133,4
35,27428,2
1,0
958,2

35,27)428,2
1,0
958,2
(
)(
11
2
2
2
2
+=
++
++
+
=++
+

+


+

=
jZ
j
jj
jj
jXR
jXXj
s

R
jXXj
s
R
Z
à
à

III.Thiết kế mạch lực:
Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh sau:
11
Mạch lực bao gồm:
+ Khối chỉnh lu: 6 Thyrsistor.
+ Khối nghịch lu: 6 Transistor, 6 Diôt ngợc
+ Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L.
1.Tính chọn van điều khiển:
Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu sao.
Đồ thị dẫn của van và dạng dòng, áp ra tải nh sau:
Tải đấu sao, góc dẫn của van là 180 độ, tại bất kỳ thời điểm nào cũng có ba van dẫn.
12
6 0 1 2 0 1 8 0
2 4
0
3 0
0
3 6
0
T 1
T 2
T 3

T 4
T 5
T 6
U a
I a
2 / 3 E n
1 / 3 E n
Tính toán các giá trị:

2 /3 2 /3
2
2 2
0 0 /3
1 1 2
[2 ( ) ( )
2 2 3 3
3
2 3.220
466,7
3
2 2
N
pha pha N
pha
N
pha N
E
U u d d E d
U
E

U E V




= = +
= = = =


97,0
89,16
38,16
===
R
L
Q


362,0
97,0
33
===


eea
Q
Dòng điện cơ sở :

)(63,27
89,16

7,466
0
A
R
E
I
N
===

69,0
362,0362,01
362,01
2
97,0.3
1
1
1
2
3
1
2
2
2
2
=
+

=
+

=

aa
aQ
A
Trị số hiệu dụng dòng điện pha:

)(969,0.63,27
3
2
.
3
2
0
AAII
pha
==

Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn:

)(77,8
3
69,0
.63,27.2
3
2
22
0
A
A

II
d
===

a.Đối với mạch chỉnh lu:
Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0.
Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lu I
d
=8,77 A
Điện áp ra của bộ chỉnh lu: U
d
= E
n
=466,7 V
Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là I
d
/3=2,92 A
Điện áp ngợc đặt lên Thyristor U
ng
=2,45*U
l
.
Mặt khác ta có: U
d
=2,34*U
l
=> U
l
200 V;
Ung = 490 V

Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số sau:
Mã hiệu
tiristor
U
ng
V
I
tb
A
t
off
às
di/dt
A/às
13
C15
25ữ600
5,1 30 60
b.Đối với nghịch lu:
Ta có dòng điện pha A:
+ = 0 ữ /3
[ ]

03,1/
3
864,2121,9
1
)2)(1(
1
3

=






+
+
= ee
a
aa
R
E
i
Q
N
A

+ = /3 ữ 2/3
)771,12(21,9
1
)1(
2
3
03,1/
3
2

=






+
+
= ee
a
a
R
E
i
Q
N
A

+ = 2/3 ữ
)864,21(21,9
1
)2)(1(
1
3
03,1/
3

+=






+
+
+= ee
a
aa
R
E
i
Q
N
A
Trong khoảng từ 0 ữ /3 ứng với
1
thì I
a
=0



Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là:

+++=















dededei
tbt
3/2
3/ 3/2
03,1
03,1
3/
03,1
)864,21(21,9)771,12(21,9)864,21(21,9
2
1

1

= 4,351(A)
Điện áp ngợc đặt lên Transistor:
)(7,7466,1.7,466. VKEU
dtNng
===
Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây:
Mã hiệu V
CE
V
V
CE0
V
V
CE,sat
V
I
C
A
I
A
t
f
às
t
on
às
t
s

às
p
m
W
BUX 47A
1000 450 1,5 9 1,2 0,8 1 3 125

Trong khoảng 0 ữ
1
thì Thyr không dẫn, toàn bộ dòng sẽ đi qua Diot, nh vậy biểu
thức chọn Diot nh sau:
14
rad
e
02,1
0)864,21(21,9
1
03,1
1
=
=






=
1
0

03,1
)864,21(21,9
2
1




deI
tbD
= 7,259(A)
Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông số sau:
I
tb
= 10 (A)
U
ng
= 100ữ1000(V)
U = 0,7(V)
2.Tính chọn bộ lọc:
Ta áp dụng công thức :
Trong đó:

1
:Độ nhấp nhô của điện áp đầu ra chỉnh lu
1
= U
d

/U
d0
= 1

2
:Độ nhấp nhô của điện áp mong muốn sau bộ lọc 5% ữ 10% lấy
2
= 5% = 0,05
n :Số lần đập mạch trong một chu kỳ n = 6 ; = 2f = 314rad/s
Tụ C đợc tính dựa trên sự trao đổi công suất phản kháng với động cơ KĐB bởi công
thức:
ứng với dòng điện khởi động lớn nhất của động cơ ta có :
à = 1; U
cdm
= 600 V;
2
= 0,05 ,f
m
= 2,5 ữ 50 KHz
tơng ứng với cos
1
= 0,2 ữ 0,3 chọn cos
1
= 0,2
1
= 78
0
Do đó
15
( )

=
n
2
21
LC
( )
10
6
.268,0
314.6
2
95,0

==
LC









à
=

2
6/
2
3
C
1
2
cdm2
m
M1
sin
U
f
I
dmM
II 25,2
1
=
mHL
FF
o
C
35,3
6
10.80
6
10.268,0
80
10

6
.80
2
30
0
78
sin
2
600.05,0.
10
3
.5,2
14.2.5,2.1
2
3
=


=
=

=

=
à
3.Tính chọn các thiết bị đo
a.Máy phát tốc
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch nguyên lý đo tốc độ
bằng máy phát tốc một chiều.
U

= K

.
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc

p
KpU
pF
fp
FT


+
==
1
)(
)(
Trong đó:
K

hệ số khuếch đại K

= U

/ U

= 10V, =94,25 rad/s
K

=0,11

f
là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms.Chọn
f
= 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:

p
pF
FT
001,01
11,0
)(
+
=
b.Máy đo dòng :
Sơ đồ đo dòng xoay chiều ba pha đơn giản là dùng biến dòng: gồm ba biến dòng lắp
ở ba pha với điện trở tải Ro. Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lu cầu điôt 3 pha ,
mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lu.

16
R
C
R
T
W

Điện áp đầu ra mạch chỉnh lu U
2d
= R
1
.I
1
trong đó

Trong mạch bố trí R
1
nối tiếp với điôt D
0
.
Khi điôt dẫn điện áp U
d0
= 0,5 V.

i
I
i
I
p
K

pI
pU
pF

+
==
1)(
)(
)(
1
2
42,0
5,9.5,2
10
===
sdm
i
I
I
U
K

chọn =2,5


i
= RC hằng số thời gian của bộ lọc
Chọn
i
= 0,001s

Hàm truyền của máy đo dòng nh sau:

p
pF
i
001,01
42,0
)(
+
=


17
2
23
II
d

=
i
a
i
b
i
c
R
o
R
o
D

o
U
2I
o
U
2I
Chơng III :
Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống.
I.Mô tả động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ (ĐK) là loại máy điện đợc dùng rộng rãi trong kỹ thuật
truyền động do có các u điểm sau:
+ Khả năng quá tải về mômen lớn.
+ Có thể làm việc ở tốc độ rất cao hoặc rất thấp.
+ Động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về
cách điện.
+ Có thể làm việc trong cả môi trờng có hoạt tính cao hoặc trong nớc.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho phép mở rộng phạm vi
sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúng
ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng lúc nh
các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng lăn,
Phơng trình cân bằng điện áp của mỗi dây quấn nh sau:

.
k
k k k
d
u R i
dt

= +

Trong đó, chỉ số k là tên của dây quấn pha:

. ; . ; .
. ; . ; .
CA B
A A A B B B C C C
a b c
a a a b b b b c c
d
d d
u R i u R i u R i
dt dt dt
d d d
u R i u R i u R i
dt dt dt



= + = + = +
= + = + = +
Từ thông móc vòng của mỗi dây quấn là:

.
k kj j
L i

=

Khi j=k: điện cảm tự cảm. j k: điện cảm hỗ cảm.
Nh vậy ta có:

18

. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . .
a aa a ab b ac c aA A aB B aC C
b ba a bb b bc c bA A bB B bC C
c ca a cb b cc c cA A cB B cC C
A Aa a Ab b Ac c AA A AB B AC C
B Ba a Bb b Bc c
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i





= + + + + +
= + + + + +
= + + + + +
= + + + + +
= + + + . . .
. . . . . .
BA A BB B BC C
C Ca a Cb b Cc c CA A CB B CC C

L i L i L i
L i L i L i L i L i L i

+ +
= + + + + +
Thay vào công thức tính điện áp ta có:

. . . . . . ;
. . . . . . ;
. . . . . . ;
. . .
.
.
.
a aa a ab b ac c aA A aB B aC C
b ba a bb b bc c bA A bB B bC C
c ca a cb b cc c cA A cB B cC C
A Aa a A
a a
b b
c c
b b Ac c A
u pL i pL i pL i pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pL i
u
R i
R i
R i
RpL i pL i pL i

= + + + + + +
= + + + + + +
= + + + + + +
= + + + .
.
. . . ;
. . . . . . ;
. . . . . ;
AA A AB B AC C
B Ba a Bb b Bc c BA A BB B BC C
C Ca a Cb b Cc c CA A CB
A
B B
C CB CC C
pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pLR i i
i
R i
+ + +
= + + + + + +
= + + + + + +
Coi các dây quấn động cơ là đối xứng và khe hở không khí giữa roto và stato là đều
thì:

1 1
; ;
; ;
; ;
a b c s A B C r

aa bb cc s AA BB CC r
ab bc ca s AB BC CA R
R R R R R R R R
L L L L L L L L
L L L M L L L M
= = = = = =
= = = = = =
= = = = = =
Hỗ cảm giữa các pha dây quấn ở roto và stato phụ thuộc vào góc lệch của dây
quấn này, tức là vào tốc độ quay. Khi hai dây quấn này trùng nhau thì hỗ cảm lớn nhất:
L
aA
= L
Aa
= L
bB
= L
Bb
= L
Cc
= L
cC
= M.cos
L
aB
= L
Ab
= L
bC
= L

Bc
= L
cA
= L
Ca
= M.cos( +2/3)
L
Ab
= L
aB
= L
Bc
= L
bC
= L
Ca
= L
aC
= M.cos( -2/3)
Đặt các vector nh sau:

; ; ; ; ; ;
a A a A a A
s b r B s b r B s b r B
c C c C c C
s
s s s
r
r r r
u u i i

u u u u i i i i
u u i i
d
u i R
dt
d
u i R
dt







= = = = = =




= +




= +


19
Đặt:

0 0
; ; ; 0 0 ;
0 0
s
s s s
s s
r r r
s
R
u i
u i R R
u i
R






= = = =






Do đó:
.
d

u R i
dt

= +
Các ma trận thông số nh sau:

1 1
1 1
1 1
0 0 0 0
0 0 ; 0 0 ;
0 0 0 0
; ;
2 2
cos( ) cos( ) cos( )
3 3
2 2
( ) cos( ) cos( ) cos( )
3 3
2
cos(
s r
s s r r
s r
s s s r r r
s s s s r r r r
s s s r r r
m
R R
R R R R

R R
L M M L M M
L M L M L M L M
M M L M M L
L








= =






= =




+
= +
+
2
) cos( ) cos( )

3 3












Thay các đại lợng, ta đợc phơng trình từ thông dạng vector:

[ ] [ ( )]
.
[ ( )] [ ]
s ms s
t
m r
r r
L L i
L L
i

=





Phơng trình điện áp:

( )
.
( )
s s m
s s
t
r r
m r r
d d
R L L
u i
dt dt
d d
u i
L R L
dt dt



+

=




+



{ ( ). }
t
r
s m
d
M i L i
d


=
Các hệ phơng trình trên là các hệ phơng trình vi phân phi tuyến có hệ số biến thiên theo
thời gian bởi vì góc quay phụ thuộc vào thời gian.
20
II . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
1.Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải:
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện của động cơ thay đổi, để
đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá dòng thì phải điều
chỉnh cả điện áp. Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thờng có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ. Mômen cực đại mà
động cơ sinh ra đợc chính là mômen tới hạn M
th

, khả năng quá tải về mômen đợc quy
định bằng hệ số quá tải mômen:

th
M
M
M

=
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato R
s
= 0 thì ta có thể tính đợc mômen
tới hạn nh sau:

2 2 2 2
2
2 2 2 2
0
0 0
1
( )
( )
2
s m r m s s
s
s r
U L R L U U
M K
F s
L L

= = =

w
M
U,f
Udm,f dm
Mt h dm
Mt h
w
0
w0dm
Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là:

th thdm
M
dm
M M
M M

= =
Kết hợp với hai phơng trình trên ta có:

0 0
s sdm
dm thdm
U U
M

M

=
Đặc tính cơ gần đúng của máy sản xuất đợc viết nh sau:

0
0
( )
x
c dm
dm
M M


=
Đối với máy mài thì x=-1; Khi truyền động ổn định thì:
21

1 / 2 1 / 2 1 1/ 2
0 0 0 0
( ) ( ) ( )
x x
s
sdm odm sdm sdm sdm
U f f f
U f f f


+ +
= = = =

2.Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ:
Xét phần nghịch lu của biến tần:
Giả sử các van dẫn 180
0
. Chức năng của các diot sẽ giải thích sau. Sơ đồ dẫn của
các van cùng với điện áp từng pha đợc biểu diễn ở mục dới đây:

3.Cấu trúc hệ điều khiển từ thông stato:
Để khai thác hết công suất mạch từ ĐK, yêu cầu về từ thông stato luôn đợc giữ
không đổi và bằng đại lợng định mức.
a.Các phơng trình tổng hợp:

M - M
c
= Jp
22
I
s
s
F
M
K
M
s
T
r
I
s
s
R

r
L
m
M
R
r
L
r
T
r
s
F
i
s
T
r
L
m
I
s
rdm
2
)(
2
2
1
.
2
2
3

);(
2
2
1








=
+
=
==+=

Mô hình này chứa nhiều khâu phi tuyến phức tạp có thể tuyến tính hoá các phơng
trình này và áp dụng các tiêu chuẩn tối u để thiết kế các bộ điều chỉnh tuyến tính.
Hàm F
i
(
s
) có thể thay thế bằng khâu khuếch đại đơn giản:

Fi( s)
sdm
FI
sdm
I

K


= =
Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ:
s
s
s
s
I
I
MM
M


+


=


,tại (M
1
,
s1
,I
1
)

r

s
rs
s
s
T
T
I
M
2
2
1
22
1
1
2
1
1
.



+

=



A
T
T

I
R
L
M
r
s
rs
s
r
m
s
=
+

=


22
2
1
22
1
1
2
2
)1(
1
.
2
3

B
T
I
R
L
I
M
r
s
ss
r
m
s
=
+
=


2
2
1
11
2
1
.2
2

3


23
Trong cấu trúc trên đã bỏ qua quá trình điện từ của máy điện trừ mạch vòng dòng
điện. Trong sơ đồ tuyến tính hoá các hằng số A (
s1
,I
s1
), B(
s1
,I
s1
) lại thay đổi tuỳ theo
điểm làm việc ban đầu đợc chọn . Vì vậy để tăng độ chính xác thì bộ điều chỉnh cần có
cấu trúc và tham số thích nghi để điều khiển chế độ thích nghi có thể dùng tín hiệu tốc
độ hoặc mômen động cơ

Cấu trúc điều khiển từ thông khi bỏ qua hằng số thời gian điện từ
b.Tính toán các thông số:
Khâu khuyếch đại K
f
:

sdm
F
sdm
I
K

=
I
sđm
:dòng điện định mức của động cơ I
sđm
= 9,5A

sđm
=
e
-
đm
= s
e

e
=
)/(67,104
3
50.22
srad
p
f
==


sđm
= s
e
= 0,1.104,67 = 10,47(rad/s)

9,5
0,91
10,47
F
K = =

24
Khâu:

/
1
b
si
K R
F
pT
=
+
Trong đó : T là hằng số thời gian động cơ và bộ lọc.
K
b
= K
cl
.K
nl


67,46
10

7,466
===
dk
d
cl
U
U
K
K
nl
=
38
10
380
==
dk
ra
U
U

K
b
= 46,67.38 = 1773,46

3
1,67
5,31.10
2
s
s

s
X
L H
f



= = =
L
f
= 3,35.10
-3
H

3 3 3
2 3,35.10 2.5,31.10 13,97.10 ( )
f s
L L L H

= + = + =
R
f
= 0
R = 2R
s
= 2.4,33 = 8,66()
s
R
L
T

3
3
10.6,1
66,8
10.97,13


==

pp
F
si
0016,01
79,204
0016,01
66,8/46,1773
+
=
+
=
Tính các hệ số A,B trong sơ đồ tuyến tính hóa:
Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức.

22
2
1
22
2
2
)1(

1
.
2
3
r
dm
rsdm
sdm
r
m
T
T
I
R
L
A


+

=

s
Rf
X
R
L
T
r
r

r
r
r
3
10.6,2
725,0.50 2
595,0
.2

===


H
X
L
e
m
357,0
67,104
35,37
===

à
=
+

=


2622

622
2
2
)10.6,2.47,101(
10.6,2.47,101
.5,9.
958,2
357,0
.
2
3
A
5,82

25