đồ án tổng hợp điện cơ - thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Đồ án môn học
tổng hợp hệ điện cơ
(Đề sồ 07)
Thầy giáo hớng dẫn :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Duy Công
Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang
Các thông số kỹ thuật
- Tốc độ động cơ n
mim
: 2 [vòng/phút]
- Tốc độ động cơ n
max
: 2900 [vòng/phút]
- Tốc độ ăn dao v
mim
: 10
4
[m/s]
- Tốc độ ăn dao v
max
: 0,156 [m/s]
- Tốc độ ăn dao v
dm
: 0,0785 [m/s]
- Lực cắt Fz: 30 [kN]
- Mômen quá tính cơ cấu J: 0,01 [kg/m
2
]
- Hiệu suất : 0,8
- Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện

=v/w: 5.10
4
Yêu cầu nội dung:
- Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động
- Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất cho động cơ và mach ực
- Xây dựng cấu trúc tổng hợp của hệ
- Thiết kế mạch điều khiển
- Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MATLAP/SIMULINK
Phơng án thiết kế :
- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phơng pháp xung điên trở roto
Lời nói đầu
*********
Trong hoàn cảnh đất nớc đang trên con đờng công nghiệp hoá - hiện đại hoá
nghành công nghiệp tức là thay thế sức lao động của con ngời bằng máy móc, thay thế
những dây truyền cũ với công suất và chất lợng thấp bằng các dây truyền với công
nghệ hiện đại. Đồng nghĩa với công tác nay là việc phải chuẩn bị cho đợc một đội ngũ
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
1
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
các công nhân, kỹ s có kiến thức để có thể vân hành sản suất, sửa chữa, thiết kế
những dây truyền nhằm đáp ứng đợc những yêu cầu của tiến trình.
Phần 1
Giới thiệu về công nghệ máy doa
I giới thiệu chung về máy doa
1- Nhiệm vụ của máy doa trong dây truyền sản xuất
Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phơng pháp gia công chi
tiết ,doa thuộc công đoạn gia công tinh ,nó gia công các lỗ đã đợc khoan ,khoét, những
lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa còn có thể đợc dung để phay.
Da là một phơng pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ 6-9 và cấp

chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1.
2- Các bộ phận của máy doa
a, Thân máy
Thân máy là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có hai ụ
b, ụ chính
Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy. Động cơ trục
chính đợc gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di chuyển đợc thực hiên
nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao .
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
2
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
c, ụ trục phụ
Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao hoặc bằng tay.
Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có tác dụng giữ dao.
d, Bàn máy
Đợc bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.
3- Các đặc điểm của máy doa hiện đại
Những máy Doa hiện đại ngày nay hay còn đợc gọi là máy doa vạn năng thì ngoài
chức năng doa máy còn có thể thực hiện đợc các chức năng nh một máy mài, máy
khoan
Trên chuyển động chính của máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa , vì vậy máy
có thể gia công thô ( Khoan , khoét các lỗ hình côn , hìng trụ ) và sau đó thì có thể gia
công tinh khi gá mũi doa
Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục song song hoặc
trục thẳng góc với nhau.
Máy doa ngang là máy Doa có mũi doa quay theo phơng ngang
Các nguyên công chính của máy doa vạn năng:
- Nguyên công doa: thờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng vuông góc
với nhau có độ định tâm cao.
- Nguyên công tiện: khi nắp lỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt ren

Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao đợc truyền từ trục chính.
-Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể thực hiện
trên máy doa, nguyên công này thờng nặng nề nhất.
- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt
ngoài.
4-Các truyền động cơ bản của máy doa
a, Truyền động chính
Truyền động chính trong máy Doa là truyền động quay mâm gá dao, truyền động
này đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách
đấy dây từ -YY
Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc độ
Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng cha ăn khớp động cơ đợc đóng điện với mô
men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn khớp, truyền động này có nhiều cấp
tốc độ nhờ kết hợp cả hai phơng pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí.
Động cơ chính đợc hãm ngợc sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử máy.
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
3
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
b, Truyền động ăn dao
Bao gồm các truyền động:
- Chuyển động tịnh tiến theo phơng ngang.
- Chuyển động sang trái.
- Chuyển động sang phải
- Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển
động này đợc truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ độc lập và nó là
truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy doa với những yêu cầu về các
thông số chất lợng rất cao.
c, Các truyền động phụ
- Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to
lồng sóc.

- Các truyền động bơm nớc, bơm dầu làm mát vv
5- Các chế độ vận hành của máy
+Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động. Trong bản
đồ án náy em sẽ thiết kế một hệ truyền động ăn dao tự động
+ Trong các quá trình gia công máy có thể vận hành ở những cấp tốc độ khác
nhau tuỳ thuộc trạng thái làm việc và yêu cầu của ngời sử dụng khi đó ta sẽ có các ph-
ơng án điều chỉnh tơng ứng , ví nh thực hiện chạy nhanh bàn dao bằng phơng pháp
giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng đại quang
học phần này sẽ đợc nói đến chi tiết ở các phần sau.
+Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng đợc bố chí trên hai ụ máy.
II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của
máy doa
Trong máy doa ngang truyền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó đòi
hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở truyền động này dùng động
cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng nh
sau:
1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Truyền động ăn dao của máy doa ngang có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải điều
chỉnh đợc đặc trng bởi hệ số:
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
4
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1500
2
3000
min
max
===
n
n

D

2. Độ trơn khi điều chỉnh
Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh doa lỗ có đờng kính lớn thì
cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất lợng gia công bề
mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải đợc điều chỉnh vô cấp.
= =
+
n
n
i
i
1
1
3. Độ ổn định tốc độ khi làm việc
Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc độ truyền
động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 ữ M
max
thì yêu cầu độ sụt tốc độ là:
n
n n
n
i dmi
i
=

ữ
0
0
3 5( )%

4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ
Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô men cản
M
C
do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải có mô men M lớn nhất.
Nếu yêu cầu mô men M = const thì M
max
này đợc xác định bởi lực ăn dao, bao gồm
: lực kéo F
x
,tổn hao ma sát trên gờ trợt của máy.
Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi
chiều sâu cắt do F
x
không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà vùng
tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính vì những
cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn
tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ
này thờng dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến
đổi của lực ma sát trên gờ trợt ảnh hởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Q
n
và đợc biểu
diễn nh hình vẽ sau :

Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
5
M
c
,P
c

Vmin Vtb
Vmax
m
c
p
c
Vcắt
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Đờng đặc tính cơ của máy doa
ở vùng tốc độ gia công ta có:
M=const , P tỉ lệ với U
ở vùng chạy dao nhanh:
M P/n ; P=const
Sử dụng phép điều chỉnh nh trên ta sẽ có lợi nhiều cho việc chọn công suất động cơ
nhỏ nhằm giảm thiểu đợc vốn đầu t
5. Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải
Trong quá trình làm việc thờng xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động
+ Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứng
hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải.
+Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán thời
gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này.

_Các biện pháp hạn chế phụ tải:
+ Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao.
+ Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phơng pháp sử dụng khâu phản hồi âm dòng có
ngắt.
6. Yêu cầu hãm dừng chính xác
Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng. Bởi vì khi dừng chính xác
thì đảm bảo chất lợng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an toàn cho thiết bị và ngời
vận hành.

Các biện pháp nâng cao chất lợng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )
- Sử dụng những thiết bị khống chế.
-Tăng gia tốc của hệ thống.
-Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính.
- Tăng lực cản bằng cơ khí.
- Hãm bằng điện , sử dụng một trong ba phơng pháp:
+ Hãm ngợc
+Hãm động năng
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
6
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
+ Hãm tái sinh
- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
7, Yêu cầu về đảo chiều
Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm bảo năng suất cho
máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng.
8, Yêu cầu về kinh tế
+ Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiện cho
vận hành và sửa chữa.
+Vốn đầu t mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý.
+Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật.
phần ii
lựa chọn phơng án truyền động và phơng
pháp điều chỉnh tốc độ
I- Khái niệm chung
1. Đặt vấn đề
Theo yêu cầu công nghệ cho hệ thống ăn dao may Doa nh đã phân tích thì việc lựa
chọn các thiết bị (động cơ ) để đáp ứng cho hệ thống là tơng đối dễ dàng vì ngày nay
với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các thế hệ máy sản suất cũng nh các bộ biến
đổi càng trở nên phát triển mạnhđáp úng đợc hầu hết các yêu cầu khác nhau của công

nghệ sản xuất.
Do bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng nhiều
thiết bị nh hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van . Chúng đợc điều khiển
theo những nguyên tắc khác nhau và có những u, nhợc điểm khác nhau; khi kết hợp
những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có đợc những hệ thống truyền động
có chất lợng khác nhau. Do đó để có đợc một phơng án truyền động phù hợp với từng
loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về
kỹ thuật và kinh tế.
2- Nội dung của việc chọn phơng án
Trong thực tế, khi đứng trớc một vấn đề sẽ có nhiều phơng án giải quyết. Tuy nhiên
mỗi phơng án có những u, nhợc điểm riêng và nhiệm vụ của nhà thiết kế là phải chọn
ra đợc phơng án tốt nhất.
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
7
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì chỉ cần
dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn các hệ thống
truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng nh điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh
rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó
phải đảm bảo đợc các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao.
Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào công
nghệ của máy từ đó đa ra những phơng án đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ này. Để
chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đa ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và
kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất
quan trọng, nó quyết định đến chất lợng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phơng án
của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ).
3 - ý nghĩa của việc lựa chọn phơng án
Việc so sánh lựa chọn đợc phơng án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan
trọng, nó đợc thể hiện qua các mặt:
+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ của máy sản suất.

+ Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài.
+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động.
+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện , thiết bị
dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua.
II. Các phơng án truyền động
Nhận xét :
Dựa vào các chỉ tiêu thiết kế phơng án truyền động nh trên, áp dụng đối với
công nghệ may Doa với yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao có những đặc
điểm sau:
+ Phạm vi điều chỉnh:
D= 3000:2
+ Độ trơn khi điều chỉnh:
= =
+
n
n
i
i
1
1
+Độ ổn định tốc độ khi làm việc :

n
n n
n
oi dm
oi
=

ữ( )%3 5

Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
8
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Từ các thông số trên đây ta có thể sử dụng các phơng án truyền động cho cả động
cơ một chiều cũng nh xoay chiều nh sau:
1 - Phơng pháp sử dụng động cơ một chiều hệ thống Van - Động cơ
Với các thông số kỹ thhuật và yêu cầu công nghệ nh trên nên khi sử dụng động
cơ một chiều cho công nghệ sẽ có nhiều u điiểm. Vì động cơ một chiều có thể đáp ứng
đợc các yêu cầu cao với các hệ chuyển động phức tạp, có yêu cầu cao về chất lợng
điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng , đảo chiều và dừng chính xác. Tuy nhiên với yêu
cầu công nghệ nh trên Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=3000:2 do
vậy để sử dụng động cơ một chiều cho truyền động của hệ thì phơng án sử dụng hiệu
quả nhất là hệ thống Van -Động cơ. Sau ta sẽ phân tích rõ về phơng pháp này :
a/ Sơ đồ
b/Các phần tử của sơ đồ
+ ĐC: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng biến năng
lợng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản
xuất.
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
9
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển(bộ chỉnh lu cầu thyristor) , thực
hiện chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng
điện một chiều cung cấp cho động cơ.
+ U
đ
tín hiệu điện áp đặt.
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung.

c/ Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới với điện áp thích hợp, lúc này
động cơ vẫn cha làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt U
đ
ứng với một
tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất hiện các
xung đa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi
bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang đợc đặt điện áp thuận , van sẽ mở với
góc mở . Đầu ra của BBĐ có điện áp U
d
đặt nên phần ứng động cơ động cơ
quay với tốc độ ứng với U
đ
ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động
cơ giảm thì qua biểu thức : U
ĐK
= U
đ
- n
khi n giảm U
ĐK
tăng giảm U
d
tăng n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngợc lại. Đây là nguyên lý ổn định
tốc độ.
d/Họ đặc tính cơ của hệ thống
Sức điện động của BBĐ:
E

b
= E
bm
cos = U
b
( U
b
=U : điện áp đầu ra của bộ biến đổi )
E
b
= K
KĐ
K
b
( U
đ
- n )



=

actg
K K U n
E
KD b d
bm
( )

+Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống:

Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
10
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
n
U
K
R R
K
I
K K U
K
R R
K
I
n
K K U
K
R R
K K K
I
b
d d
b
d d
u
KD b d
d d
b u
d d
u

KD b cd
d d
b u
d d KD b
u
=
+
=
+
=
+
+


u
.
Đây là phơng trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ đợc họ đặc tính cơ
của hệ thống trên hình 2-4.
e/ Đánh giá chất lợng hệ thống

Ưu điểm:
+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động
nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao.
+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt.
+ Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lợng hệ thống.

Nhợc điểm
+ Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có
nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp.
+Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành phần sóng

hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhợc điểm này bằng cách mắc
thêm các cuộn kháng ).
+ Hệ thống làm việc có cos nhỏ.
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
11
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
2- Ph¬ng ph¸p sư dơng ®éng c¬ xoay chiỊu kh«ng ®ång bé
● Ưu ® iểm cđa ®éng c¬ kh«ng ®ång bé :
- Trong công nghiệp hiện nay phần lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ ba
pha. Vì nó tiện lợi hơn, với cấu tạo, mẫu mã đơn giản, giá thành hạ so với động cơ
một chiều.
- Ngoài ra động cơ không đồng bộ ba pha dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều
ba pha, không phải tốn kém thêm các thiết bò biến đổi. Vận hành tin cậy, giảm chi
phí vận hành, bảo trì sữa chữa. Theo cấu tạo người ta chia động cơ không đồng bộ
ba pha làm hai loại.
- Động cơ roto dây quấn và động cơ roto lồng sóc
•
Nhược ®iĨm cđa ®éng c¬ kh«ng ®ång bé :
Bên cạnh những ưu điểm động cơ không đồng bộ ba pha cũng có các nhược điểm
sau:
- Dể phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với roto khi điện
áp lưới giảm.
- Làm giảm bớt độ tin cậy vì khe hở không khí nhỏ.
- Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mômen cực đại giảm rất nhiều vì
mômen tỉ lệ với bình phương điện áp.
● K Õt ln
Víi c¸c u nhỵc ®iĨm ph©n tÝch nh ë trªn, ®Ĩ øng dơng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé vµo
c«ng nghƯ trun ®éng ¨n dao cho m¸y doa ngang ta cã thĨ cã c¸c hƯ trun ®éng
nh sau:
- HƯ trun ®éng ®éng c¬ xoay chiỊu dïng ph¬ng ph¸p xung ®iƯn trë r«to

- HƯ trun ®éng ®éng c¬ xoay chiỊu ®iỊu chØnh tÇn sè
Sau ®©y ta sÏ ®i ph©n tÝch nguyªn lý cđa tõng ph¬ng ph¸p
A- HƯ trun ®éng ®éng c¬ xoay chiỊu dïng ph¬ng ph¸p xung ®iƯn trë m¹ch
roto
Phương pháp này điều chỉnh tốc độ với ưu điểm là dễ dàng tự động hóa.
Điện trở trong mạch ro to động cơ không đồng bộ:
r
2
= r
2d
+ r
f
Trong đó:
r
2d
: điện trở dây quấn roto
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
12

§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
r
f
: điện trở phụ mắc thêm vào mạch roto
Mômen của động cơ không đồng bộ có thể tính theo dòng điện roto là:
Khi điều chỉnh giá trò điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ
không đổi còn độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở.
Nếu xem đoạn đặc tính làm việc của động cơ không đồng bộ, tức là đoạn có
độ trượt S = 0 đến S= S
t
là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở, ta có thể viết:

Trong đó:
S: là độ trượt khi điện trở mạch roto là r
2
.
S
i
là độ trượt khi điện trở mạch roto là r
2d.
thay vào c¸c c«ng thøc trªn ta được biểu thức cđa mômen nh sau:
§iỊu nµy cã ý nghÜa lµ Momen ®éng c¬ chØ phơ thc vµo dßng ®iƯn rotor mµ
kh«ng phơ thc vµo tèc ®é gãc cđa ®éng c¬
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch roto bằng phương pháp xung

Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
13
sn
rI
M
.
3
2
2
2
=
constM
r
r
ss
d

i
==
,
2
2

b)
1R
o
2
R
o
t
n
3R
o
4
1R
o
t
t
t
R
c
T
t
d
4
o
o

o
•
•
•
•
•
•
a )
C L
R o
D1
D3
D2
D4
D5
D6
Do
T1
T2
L
C
L1
ĐKB
•
•
•
U
1
~
U

2
i
d
sn
rI
M
.
3 2
2
2
=
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬


Trong ®ã :
a) Sơ đồ nguyên lý.
b) Phương pháp điều chỉnh.
c) Phạm vi điều chỉnh.
b- Hoạt động của mạch như sau:
Điện áp U
2
được chỉnh lưu bởi cầu diode chỉnh lưu qua cuộn kháng lọc L được
cấp vào mạch điều chỉnh gồm điện trở R
o
nối song song với T
1
sẽ được đóng ngắt
một cách chu kỳ nhằm điều chỉnh giá trò trung bình của điện trở toàn mạch.
Khi khóa T
1

ngắt điện trở R
o
được đóng vào mạch, dòng điện roto giảm với
tần số đóng ngắt nhất đònh. Nhờ điện cảm L mà dòng điện roto coi như không đổi
và khi T
1
đóng thì điện trở R
0
bò loại ra khỏi mạch, dòng điện roto tăng lên, ta có
giá trò tương đương điện trở R
c
và thời gian ngắt t
n
= T – t
đ
.
Nếu điều chỉnh tỉ số giữa thời gian ngắt và thời gian đóng t
đ
thì ta điều chỉnh
được giá trò điện trở trong mạch roto.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
14
o
R
nđ
đ
c
tt
t
R

+
=

n
1
M
n
c)
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Điện trở tương đương R
c
trong mạch một chiều được tính đổi về mạch xoay
chiều ba pha ở roto theo qui tắc bảo toàn công suất.
Tổn hao trong mạch roto:
Cơ sở để tính đổi tổn hao công suất là như nhau, nên:
Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha thì :
I
d
= 1,5 I
2
2

nên:
Khi có điện trở tính đổi, ta dể dàng dựng được đặc tính cơ theo phương pháp
thông thường . Họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính
cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R
f
= R
o
/2

NÕu muốn mở rộng phạm vi điều chỉnh ta có thể mắc nối tiếp với điện trở R
o
một
tụ điện đủ lớn.
c- nhËn xÐt vµ øng dơng
● -Nhận Xét.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng cách thay
đổi điện trở phụ mạch roto có các ưu điểm sau:
- Có tốc độ phân cấp.
- Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản.
- Tự động hóa trong điều chỉnh được dể dàng.
- Hạn chế được dòng mở máy.
- Làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào
mạch roto
- Các thao tác điều chỉnh đơn giản.
- Giá thành chi phí vận hành, sữa chữa thấp.
Mặc dù có các ưu điểm như trên nhưng vẫn còn các nhược điểm sau:
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
15
)(3
)2(
2
2
2
2
2
fd
cdd
RRIP
RRTP

+=∆
+=∆
)(3)2(
2
2
22
2
fdcdd
RRIRRT
+=+
cf
RR
2
1
=
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
-Tốc độ ổn đònh kém
-Tổn thất năng lượng lớn.
●Ứng Dụng
Đây là phương pháp được sử dụng rộng rải, mặc dù không được kinh tế lắm.
Thường được dùng đối với các hệ thống làm việc ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại
và dùng trong các hệ thống với yêu cầu tốc độ không cao như cầu trục, cơ cấu
nâng, cần trục, thang máy và máy xúc …
2- HƯ trun ®éng ®éng c¬ xoay chiỊu dïng ph¬ng ph¸p ®iỊu chØnh tÇn sè
a-Nguyªn lý vµ quy lt ®iỊu chØnh khi thay ®ỉi tÇn sèÁ
Từ biểu thức:
Ta thấy, tốc độ đồng bộ của động cơ không đồng bộ có thể thay đổi nếu ta thay
đổi tần số lưới điện f
1
. Do đó tốc độ của động cơ n = n

1
(1 – S) , cũng thay đổi
theo.
Khi thay đổi tần số lưới điện f
1
, nhận thấy như sau:
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức là xem r
1
= 0 thì mômen tới hạn cực đại
là:
Trong đó:
ω
1
tốc độ góc đồng bộ
x
n
= ω
1
L
n

L
n
= L
1
+ L’
2
=> ta cã:
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
16

n
n
t
x
U
x
n
U
M
1
2
1
1
2
1
2
3
55,9
2
3
ω
==
P
f 1
1
2
π
ω
=
2

1
2
1
t
n
2
2
f
U
aM :tacó
L)2(2
3P
consta Đặt
=
==
π
P
f
n
1
1
60
=
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Biểu thức trªn cho ta thấy khi tăng tần số nguồn mà vẫn giữ nguyên U
1
thì mômen
tới hạn cực đại M
t
giảm rất nhiều. Do đó khi thay đổi tần số f

1
thì đồng thời phải
thay đổi U
1
theo các quy luật nhất đònh nhằm đảm bảo sự làm việc tương ứng giữa
mômen động cơ và mômen phụ tải. Nghóa là tỉ số giữa mômen cực đại của động
cơ và mômen phụ tải tónh đối với các đặc tính cơ là hằng số.
Đặc tính cơ của bộ phận làm việc là quan hệ giữa tốc độ quay của mômen phụ tải
lên trục quay.
M
c
= f(n)
Theo biểu thức thực nghiệm mang tính chất tổng quát để mô tả dạng đặc tính cơ
của bộ phận làm việc như sau:
Trong đó:
M
c
Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay ở tốc độ n (Nm)
M
co
Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n= 0.
M
cđm
Mômen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = n
đm
.
x là số mũ đặc trưng mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phận làm việc (cơ
cấu sản xuất) khác nhau. Gồm bốn dạng như sau:
* x = 0, ta có:
M

c
= M
cđm
= const,
Đây là đặc tính cơ đặc trưng cho hệ thống nâng và luôn có giá trò nhất đònh (đường
1 trên hình).
* x = 1
Đặc tính cơ có dạng: M
c
= a + bn
M
c
tỉ lệ bậc nhất với tốc độ. Đây là đặc tính đặc trưng cho máy phát điện một
chiều kích từ độc lập với phụ tải máy phát là một điện trở thuần ( đường 2 hình ).
* x = -1
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
17
n
t
Lf
PU
M
2
1
2
22
1
)2(2
3
π

=
const
M
M
c
t
M ==
λ
x
)
đm
cocđmcoc
n
n
)(M(MMM −+=
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Đặc tính có dạng:
Mômen tỉ lệ nghòch với tốc độ, đặc tính này đặc trưng cho các máy cắt kim loại
(đường 3 hình)
* x = 2
Đặc tính có dạng: M
c
= a + bn
2

Mômen tỉ lệ với bình phương tốc độ, là đặc tính đặc trưng cho máy nén, tàu thủy,
(đường 4 hình)
Các dạng đặc tính.
Như vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
tần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một

cách đồng thời theo các quy luật như sau:
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
18
)(
n
b
aMc +=
const
f
U
const
f
U
const
f
U
=
=
=
1
2
1
2
1
1
1
1
*
*
*

M
c
0
n
1
2
3
4
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Như vậy dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số theo
quy luật điều chỉnh hình 2.

Các dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi thay đổi tần số theo quy luật
điều chỉnh U và f.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
19
M
n
M
c
= a+bn
2
0
n
M
M
c
=
a+b/n
n

1.1
n
cb
n
1.2
f
1.1
f
1đm
f
1.2
n
1.1
n
1cb
n
1.2
MM
c
n
0
M
c
=
const
f
1.1
f
1đm
f

1.2
0
n
1.1
n
1cb
n
1.2
f
1.1
f
1đm
f
1.2
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
b- C¸c bé biÕn tÇn dïng ®Ĩ ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬
Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi được, người ta có thể dùng các
bộ biến tần với máy điện quay như máy phát đồng bộ, máy phát không đồng bộ
hoặc dùng bộ biến tần bán dẫn. So với các bộ biến tần bán dẫn , bộ biến tần máy
điện quay có nhiều nhược điểm và ngày càng ít dùng. Bởi vậy trong luận án này
chỉ trình bày các bộ biến tần bán dẫn.
Các bộ biến tần bán dẫn gồm có:
Bộ biến tần bán dẫn trực tiếp và bộ biến tần có khâu trung gian một chiều.
1. Bộ Biến Tần Trực Tiếp Dùng Thyristor.
Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor
có sơ đồ nguyên lý như sau

Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
20

o
o
o
a
b
c
CK
CK
CK
CK
CKck
ĐKB
U
2
f
2
T
A
N
A
T
B
N
B
T
C
N
C
~ U
1

, f
1
A B C
•
•
•
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều ba pha U
1
,
f
1
bằng hằng số thành nguồn xoay chiều ba pha có U
2
, f
2
biến đổi. Bộ biến tần này
gồm 18 thyristor chia cho ba pha. Mỗi pha chia làm hai nhóm:
Nhóm có catot nối chung lại gọi là nhóm thuận T, cung cấp phần điện áp dương
trên mỗi pha của động cơ.
Nhóm có Anot nối chung gọi là nhóm nghòch cung cấp điện áp đầu ra cho nữa chu
kỳ âm.
Ởû mỗi pha có dùng hai cuộn kháng để làm giảm dòng điện cân bằng của các
thyristor khi chuyển mạch giữa nhóm thuận và nhóm nghòch.
Nếu gọi tần số nguồn vào là f
1
, số pha điện áp đầu ra là m (m=3), số đỉnh hình sin
của sóng điện áp đầu vào trong nữa chu kỳ của điện áp đầu ra là n thì tần số điện
áp đầu ra của bộ biến tần là:
Như vậy:

Muốn thay đổi tần số f
2
ta thay đổi số đỉnh hình sin của điện áp đầu vào trong nữa
chu kỳ của điện áp đầu ra (tức là thay đổi thời gian làm việc của thyristor trong
cùng một nhóm thuận hay nghòch so với chu kỳ sóng điện áp đầu vào).
Muốn thay đổi trò số điện áp đầu ra của bộ biến tần là U
2
ta thực hiện khống chế
thời gian kích xung lên các thyristor so với thời điểm chuyển mạch tự nhiên. Tức
là tạo ra một sóng điện áp đầu ra có trò số trung bình nhỏ hơn trò số trung bình của
điện áp đầu ra khi chuyển mạch tự nhiên. Dạng sóng điện áp đầu ra của bộ biến
tần ở hình 6-5.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
21
12
12
−+
=
mn
m
ff
(6-10)
U
1,
U
2
t
T
t
T

n
T
2
U
2A
(α=0;n=3)
U
1a
U
1b
U
1c
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Đồ thò điện áp một pha của bộ biến tần trực tiếp dùng thyristor.
2. Bộ Biến Tần Dùng Thyritor Có Khâu Trung Gian Một Chiều.
Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng. Nhóm chỉnh lưu
có chức năng biến đổi điện xoay chiều thành một chiều. Sau khi qua bộ lọc, điện
áp một chiều được nghòch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi. Nhóm
nghòch lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghóa là các van của chúng chuyển
mạch cho nhau theo chế độ cưỡng bức, ta gọi nghòch lưu này là nghòch lưu áp. Tần
số đầu ra được điều chỉnh nhờ thay đổi chu kỳ đóng cắt các van trong nhóm nghòch
lưu còn điện áp ra có thể điều chỉnh nhờ thay đổi góc thông của các van trong
nhóm chỉnh lưu.
Sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều hình 6-6.
Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần có khâu trung gian một chiều.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
22
D 9
o
o

o
T 7
T9
T 11
T10
T12
T8
T 4
T6
T 8
T 1 T3 T5
D1
D3 D5
D 4
D 6 D2
D7
D11
D10
D12
D8
Co
C 1 C3
C 5
C 4
C 2
C6
L2
L1
L o
ĐKB

U
2
, f
2
~
U
1
, f
1
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Đây là sơ đồ nguyên lý của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều dùng
nghòch lưu áp.
Nhóm chỉnh lưu gồm 6 thyristor T
7
÷ T
12
làm nhiệm vụ biến điện áp xoay chiều
thành một chiều. Bộ lọc phẳng gồm kháng L
o
và tụ C
o
. Phần chính của bộï nghòch
lưu là các thyristor T
1
÷T
6
, chúng được mở theo thứ tự T
1
, T
2

, T
3
,T
4
, T
5
, T
6
, cách
nhau 1/6 chu kỳ của áp ra.
Như vậy:
Bằng cách thay đổi khoảng thời gian dẫn của các thyristor ta thay đổi được chu kỳ
của điện áp ra tức là điều chỉnh được điện áp ra. Để chuyển mạch giữa các van, ta
dùng các tụ C
1
÷C
6
.
Giả sử trong khoảng thời gian nào đó T
1
và T
2
dẫn, tụ C
1
được nạp từ nguồn hình
6-6. Khi kích xung mở T
3
tụ C
1
phóng qua T

1
và T
3
tạo ra dòng khóa T
1
làm T
3
dẫn.
Các diode D
1
÷ D
6
có tác dụng ngăn cách các tụ chuyển mạch với phụ tải, không
cho các tụ phóng điện qua phụ tải. Nhờ vậy điện dung yêu cầu của tụ được giảm
nhỏ và áp trên tải không bò ảnh hưởng bởi sự phóng nạp của tụ.
Các diode D
7
÷ D
12
, tạo thành một cầu ngược có tác dụng mở cho dòng phản
kháng từ phía động cơ về tụ C
o
. dòng điện này xuất hiện do sự lệch pha giữa dòng
và áp trên động cơ.
Các thyristor của nghòch lưu chuyển mạch theo tín hiệu điều khiển nên cực tính
điện áp trên mỗi pha stato thay đổi theo tần số điều khiển. Điện áp pha đưa vào
động cơ có dạng như hình 6-7.


Đồ thò điện áp phatrên đầu ra của biến tần có khâu trung gian một chiều.

c- øng dơng trong c«ng nghiƯp.
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
23
π
2π
t
U
§å ¸n m«n häc … Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần
số nguồn được ứng dụng rộng rải trong công nghiệp với ưu điểm gọn nhẹ và dể
điều chỉnh.
Bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor được dùng trong công nghiệp như điều
chỉnh tốc độ trong truyền động chính của các máy mài cao tốc, điều chỉnh tốc độ
trong các hệ thống băng tải.
Bộ biến tần dùng máy phát đồng bộ được ứng dụng khi cần điều chỉnh tốc độ đồng
thời cho nhiều động cơ.
PhÇn iii
tÝnh trän c«ng st ®éng c¬
Néi dung :
- X¸c ®Þnh c«ng st ®éng c¬ trun ®éng vµ kiĨm nghiƯm l¹i c«ng st ®ã,
cÊp ®iƯn ¸p vµ ph¬ng ph¸p ®iỊu chØnh cã phï hỵp hay kh«ng
- TÝnh chän c¸c phÇn tư sư dơng trong s¬ ®å m¹ch lùc
-
I- chän c«ng st ®éng c¬
Theo yªu cÇu cđa c«ng nghƯ m¸y doa nh ë ch¬ng I ®· ph©n tÝch vµ sù ho¹t ®éng
cđa c¸c ph¬ng ¸n trun ®éng (c¸c bé biÕn ®ỉi ) ë ch¬ng II còng nh yªu cÇu cđa ®Ị
bµi . ë ch¬ng nµy em ®i tÝnh to¸n vµ lùa chän c«ng st c«ng st ®éng c¬ vµ tÝnh
chän c¸c phÇn tư sư dơng trong m¹ch ®éng lùc theo ph¬ng ph¸p Xung ®iƯn trë m¹ch
rotor
Tõ ®Çu bµi ta cã c¸c th«ng sè kü tht cđa ®éng c¬ nh sau:

- Tèc ®é ®éng c¬ n
mim
: 2 [vßng/phót]
- Tèc ®é ®éng c¬ n
max
: 2900 [vßng/phót]
- Tèc ®é ¨n dao v
mim
: 10
4−
[m/s]
- Tèc ®é ¨n dao v
max
: 0,156 [m/s]
- Tèc ®é ¨n dao v
dm
: 0,0785 [m/s]
- Lùc c¾t Fz: 30 [kN]
- M«men qu¸ tÝnh c¬ cÊu J: 0,01 [kg/m
2
]
- HiƯu st η: 0,8
- B¸n kÝnh quy ®ỉi lùc c¾t vỊ trơc ®éng c¬ ®iƯn
ρ
=v/w: 5.10
4−
Ta cã :
ρ
1
*

dm
cqd
n
Fc
M =
Trong ®ã : M
cqd
: momen quy ®ỉi vỊ trơc ®éng c¬
Fc : lùc c¶n cđa tÈi quy ®ỉi vỊ trơc ®éng c¬
Sinh viªn : Ngun Duy C«ng Líp T§H3_K46
24
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
V
w
d
=

với w
d
vận tốc trục động cơ
V : vận tốc của tải


==

2.3000
60*10
*
8,0
10*301

*
43

dm
cqd
n
Fc
M
mà công suất động cơ yêu cầu :
P
wM
cqddcyc
5,5887*
max
==
Nh vậy ta phải chọn công suất động cơ điện theo thoả mãn các yêucầu sau:
1. P
đm


cỡ 588,7W
2. n
đm


2950 vòng/phút
Tra sổ tay đặc tính cơ trong tài liệu Đặc tính cơ truyền động điện của
Vesennhepski ta chọn động cơ xoay chiều KĐB 3 pha Rôto dây quấn MT 12_6 có các
thông số sau:
U

đm
= 380 V
P
đm
= 7,5 KW
I
rdm
= 12,2A
n
đm
= 2950 vòng/phút

m
= 2,5
Cos

dm
= 0,73
Cos

kt
= 0,09
I
Stdm
= 10,3 A
I
Stk
= 15,5 A
R
St

= 0,68
X
St
= 1,07
R
rdm
= 0,44
E
rđm
= 255 V
R
r
= 0,44
X
r
= 0,88
Ke = 1,38
J = 0,115 kgm
2
=J
đc
Qđc = 120 kg
Mômen định mức và mômen tới hạn của động cơ đợc tính nh sau:
73,36
9550
==
dm
dm
dm
P

n
M
(Nm)
83,9173,36.5,2. ===
dmdmt
MM

(Nm)
Hệ số trợt định mức:
09,0
1000
9101000
0
0
=

=

=
n
nn
s
dm
dm
Mômen quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ khi có tải đợc xác định
theo công thức:

2
01
))((5.91)(

n
V
mmJJKJ
dmdctt
+++=
73.0)
846
5.0
)(10.510.10(5.91)15.00675.0(15.1
233
=+++
(kgm
2
)
Sinh viên : Nguyễn Duy Công Lớp TĐH3_K46
25