thiết kế hệ truyền động ăn dao máy doa ngang

Truyền động hệ máy doa ngang
Lời nói đầu

Trong sự nghiệp công nghiệp hoá ,hiện đại hoá đất nớc có thể nói một
trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia là mức độ tự
động hoá trong các quá trình sản xuất mà trớc hết là năng suất sản xuất và
chất lợng sản phẩm .Sự phát triển rất nhanh chóng của máy tính điện tử ,công
nghệ thông tin và những thành tựu trong lý thuyết điều khiển tự động đã làm
cơ sở và hỗ trợ cho sự phát triển tơng xứng trong lĩnh vực tự động hoá
ở nớc ta ,mặc dù là một nớc chậm phát triển ,nhng trong những năm gần
đây cùng với sự đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế thế
giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật , đặc biệt là sự tự động
hoá các quá trình sản xuất ngày càng đợc chú trọng , nhằm tạo bớc phát triển
mới ,hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành mọt nền kinh tế tri thức
Ngày nay ,tự động hoá điều khiển các quá trình sản xuất đã đi sâu vào
từng ngõ ngách và trong tất cả các khâu của quá trình tạo ra sản phẩm . Việc
tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu chủ
yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu
cầu hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc
lựa chọn một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một
bài toán khó.Một trong những ứng dụng đó là Thiết kế hệ truyền động
chính cho máy doa ngang .
Với sự cố gắng của bản thân bản đồ án đã đợc hoàn thành .Tuy nhiên
do kiến thức còn có hạn nên tài liệu thiết kế này của em không tránh khỏi
những sai lầm và thiếu sót .Chính vì vậy mà em mong các thầy cô sẽ chỉ bảo
và góp ý để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Lơng Thế Vinh

Chơng I
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 1
Truyền động hệ máy doa ngang
Yêu cầu công nghệ của truyền
động ăn dao máy doa
ứng dụng chủ yếu của động cơ điện một chiều là trong các nghành sản xuất
nh hầm mỏ, khai thác quặng, máy xúc và đặc biệt là trong truyền động cơ
khí chế tạo. Đó là nhờ hai đặc điểm quan trọng của nó là:
I. Vai trò ứng dụng của truyền động điện trong lĩnh vực cơ khí:
Vấn đề ứng dụng các loại động cơ điện trong truyền động sản xuất cũng
nh các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội là hết sức rộng rãi. Hiện nay
động cơ không đồng bộ đợc sử dụng rộng rãi nhờ tính kinh tế dễ chế tạo, chi
phí vận hành và bảo dỡng thấp Tuy nhiên trong nhiều lĩnh vực yêu cầu cao
về điều chỉnh tốc độ, độ trơn và khả năng quá tải thì động cơ điện một chiều
lại tỏ ra hết sức u việt.
+ Khả năng điều chỉnh tốc độ tốt với dải điều chỉnh rộng.
+ Khả năng quá tải tốt đặc biệt là ở động cơ kích thích nối tiếp và hỗn
hợp.
Ngoài ra cấu trúc mạch lực cũng nh mạch điều khiển của động cơ điện
một chiều cũng đơn giản hơn nhiều so với động cơ không đồng bộ, đồng thời
lại đạt chất lợng điều chỉnh cao hơn trong dải điều chỉnh trơn và rộng.
Trong lĩnh vực cơ khí thì nhiều loại động cơ cùng đợc sử dụng. Với những
chuyển động không đòi hỏi cao về dải tốc độ và có thể điều khiển tốc độ
nhảy cấp thì động cơ không đồng bộ thì rất thích hợp vì những u điểm của
chúng nh tính kinh tế dễ chế tạo, đa dạng về chủng loại và đặc biệt nguồn
năng lợng đợc lấy trực tiếp từ lới điện mà không cần dùng thêm các bộ
chuyển đổi phụ trợ khác.
Đối với máy doa ngang ngời ta có thể sử dụng cả hai loại động cơ không
đồng bộ và động cơ điện một chiều vào những mục đích khác nhau để tận
dụng những u điểm của chúng. Trong các truyền động của chuyển động

chính, cũng nh cơ cấu tay quay của bàn và các cơ cấu bơm cấp dầu thì động
cơ điện xoay chiều đợc sử dụng. Tuy nhiên trong cơ cấu ăn dao thì lại sử
dụng động cơ điện một chiều,để có thể đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ. Do
công suất của các động cơ một chiều vào khoảng vài kW nên ngời ta thờng
tạo ra nguồn một chiều bằng cách chỉnh lu từ lới điện xoay chiều với hệ số
đập mạch là 12 để có chất lợng cao.
Trong khuôn khổ đồ án này với đề tài: thiết kế hệ truyền động ăn dao
máy doa ngang, để làm rõ tính quan trọng của động cơ một chiều cũng nh
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 2
Truyền động hệ máy doa ngang
vai trò của các hệ truyền động một chiều ta phân tích đặc thù của truyền
động ăn dao của máy doa ngang.
II. Đặc thù truyền động của máy doa ngang.
1. Giới thiệu chung về máy doa
Máy doa đợc liệt vào nhóm máy khoan - doa dùng để gia công các chi tiết
có kích thớc lớn trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt. Máy doa chủ yếu
dùng để gia công lỗ với cấp chính xác thông thờng và chính xác cao.
Các khả năng gia công của máy dao gồm có dùng dao tiện để tiện mặt
hình trụ, dùng mũi khoan, khoét hoặc doa để gia công lỗ, dùng dao phay mặt
đầu để gia công mặt phẳng thẳng đứng, dùng dao phay hình trụ hoặc dao
phay định hình để gia công mặt phẳng nằm ngang hoặc bề mặt định hình,
dùng dao tiện chạy dao hớng kính để gia công mặt đầu, dùng dao tiện để cắt
ren trong.
Đối với máy doa vạn năng ngang phạm vi sử dụng của nó lại rất lớn.
Ngoài việc gia công lỗ nó còn có thể gia công những bề mặt của những chi
tiết lớn.
Thờng trên máy doa ngang có lắp 6 dao khác nhau để hoàn thành các
nguyên công khác nhau. Do đó nhiều chi tiết có thể hoàn toàn gia công trên
một máy doa, không cần dùng các loại máy tiện, khoan, phay hay các loại
máy nào khác.

Máy doa đặc biệt dùng cho việc gia công các loại xi lanh của động cơ đốt
trong hay máy hơi nớc, các lỗ của ụ động hoặc các lỗ đặt ổ trục chính máy
công cụ và sử dụng để gia công các lỗ song song với độ chính xác cao.
Do tính vạn năng của máy doa, nên có thể sử dụng rất thuận tiện cho việc
thực hiện toàn bộ các các nguyên công trên nhiều chi tiết không phải qua
một máy nào khác. Chính thế mày máy doa ngang đặc biệt quan trong đối
với ngành chế tạo máy nặng.
Ta có sơ đồ máy doa ngang nh sau:
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 3
Truyền động hệ máy doa ngang

Những bộ phận chính của máy doa ngang:
+ Thân máy có dạng hộp lắp cố định đằng sau cùng giá đỡ. Trên sống trợt
của thân máy lắp bàn máy có thể quay tròn với bàn trợt ngang hoặc bàn trợt
dọc. Bên phải thân máy lắp trụ trớc. Trên sống trợt đứng của nó lắp ụ trục
chính. Bên phải là tủ thiết bị điện với tổ máy điện.
+ Những chuyển động cơ bản của máy doa:
- Nếu dao cắt lắp trên trục chính hoặc trên bàn dao hớng kính thì nó
nhận chuyển động chính là chuyển động vòng.
- Các chuyển động chạy dao cho ụ trục chính (dao) thực hiện là
chuyển động là chuyển động chạy dao hớng trục của trục chính, chuyển
động chạy dao thẳng đứng( chuyển động đồng bộ với giá đỡ của trụ sau),
chuyển động chạy dao hớng kính của bàn dao trên mâm cặp.
- Các chuyển động chạy dao dọc và ngang của bàn máy mang chi tiết
gia công. Hai chuyển động này do phôi thực hiện.
2. Đặc điểm yêu cầu công nghệ của truyền động.
+ Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch lỡi dao hoặc phôi để tạo ra
một lớp phôi mới

min

= 1,10
-4
.2000.9.5 2 (vòng/phút).

max
= 0,156.2000.9.5 3000 (vòng/phút).
Lực cắt cực đại F = 30kN.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 4
Truyền động hệ máy doa ngang
Tốc độ dịch chuyển định mức v
đm
= 0,0785 m/s.
Tốc độ dịch chuyển cực tiểu v
min
= 10
-4
m/s.
Tốc độ dịch chuyển cực đại v
max
= 0,156 m/s.
Hiệu suất = 0,8.
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ :

=


: 5.10
4

- Các động cơ trong hệ truyền động làm việc ở chế độ dài hạn với dải tốc

độ rộng.
- Yêu cầu cao trong việc điều chỉnh tốc độ: độ trơn điều chỉnh cũng nh
khởi động nhanh.
- Yều cầu về khả năng quá tải lớn.
- Yêu cầu có đảo chiều liên tục. Các hệ truyền động phải đảm bảo đợc
đảo chiều truyền động của động cơ trong thời gian ngắn cũng nh hãm tái
sinh trả năng lợng.
Ngoài ra truyền động ăn dao của máy doa ngang đòi hỏi độ tin cậy, an
toàn, độ bền cao về kết cấu mạch lực, mạch điều khiển. Vì vậy phải đa ra đợc
một sơ đồ điều khiển đơn giản, tin cậy và dễ thao tác trong khi vận hành.
Tham số nguồn điện áp cung cấp :
- Lới điện xoay chiều ba pha tần số 50Hz điện áp 380V
- Độ dao động điện áp lới V
-5%
+10%

- Độ dao động tần số 50Hz 1%.
Chế độ làm việc của động cơ là chế độ làm việc dài hạn vì vậy cho nên
động cơ đủ thời gian đạt tới trị số ổn định.
3. Các ph ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Điều chỉnh tốc độ đông cơ điện một chiều kéo tải trong cơ khí nói chung
hay trong máy doa ngang nói riêng thờng dùng phơng pháp điện kết hợp với
phơng pháp cơ qua các cơ cấu bánh răng hay các bộ culi để tăng dải điều
chỉnh cũng nh thu đợc các vùng tốc độ phù hợp. Điều chỉnh bằng phơng
pháp điện tốt bao nhiêu thì càng giảm độ phức tạp và cồng kềnh của cơ cấu
cơ khí bấy nhiêu.
có 2 phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đó là:
- Điều chỉnh kế tiếp :
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 5
Truyền động hệ máy doa ngang

Trong vùng <
o
thì điều chỉnh điện áp trong khi giữ từ thông không
đổi.
Trong vùng >
o
thì điều chỉnh từ thông trong khi giữ điện áp không
đổi.
Cách nay đợc sử dụng rộng rãi trong các máy CNC gia công cắt gọt kim
loại .
Hình vẽ sau mô tả hai quá trình trên:
- Điều chỉnh đồng thời:
Điều chỉnh đồng thời cả điện áp lẫn từ thông trong khi dòng điện đợc giữ
không đổi . Quá trình nay đòi hỏi điều khiển rất khó khăn nhng bù lại có
một u điểm rất lớn dòng điện đợc giữ không đổi nên mômen ổn định.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, tính chất của quá trình công nghệ mà
ta có thể chọn một trong hai phơng pháp nêu trên.Về cấu trúc mạch lực
của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ
cũng cần có bộ biến đổi, bộ biến đổi có chức năng điều chỉnh điện áp cấp
cho phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ tuỳ thuộc và phơng pháp điều
khiển.Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ biến đổi chính:
-Bộ biến đổi máy điện gồm:Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy điện khuếch đại(MĐKĐ).
-Bộ biến đổi điện từ:Khuếch đại từ(KĐT).
-Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn:Chỉnh lu thysistor(CLT).
-Bộ biến đổi xung áp một chiều:thysistor hoặc transistor(BBĐXA)
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động nh:
-Hệ truyền động máy phát-động cơ(F-Đ).
-Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ(MĐKĐ-Đ).
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 6

Truyền động hệ máy doa ngang
-Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ(KĐT-Đ).
-Hệ truyền động chỉnh lu thysistor- động cơ(T-Đ).
-Hệ truyền động xung áp-động cơ(XA-Đ).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín(ta có hệ truyền động
điều chỉnh tự động) và có loại điều khiển theo mạch hở(hệ truyền động
điều khiển hở).Hệ truyền động điều chỉnh tự động có cấu trúc phức tạp,
nhng có chất lợng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng so với hệ điều
chỉnh hở.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn đ-
ợc phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều
quay.Đồng thời tuỳ thuộc vào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta có
truyền động làm việc ở một góc phần t, hai góc phần t và 4 góc phần t.
4. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
a. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.
Trong phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, bộ biến đổi
cung cấp điện áp cho mạch phần ứng.Vì nguồn có công suất hữu hạn nên
các bộ biến đổi có điện trở trong R
b
và điện cảm L
b
khác không.
Hình 1-2 là sơ độ thay thế nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động
cơ điện một chiều, trong đó thành phần E
b
(U
đk
) đợc tạo ra bởi bộ biến đổi
và phụ thuộc vào U

đk
.
Trong chế độ xác lập ta có các phơng trình đặc tính nh sau:
)(
đ
+= RRIE-E
bb


I
k
RR
-
k
E
m
b
m
b
đ
đ
đ
+
=




M
-)U(

ko đ
=
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 7
Truyền động hệ máy doa ngang
( )
b
dm
RR
k
M
+
==
2




* Nhận xét:
1.Vì từ thông động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
đợc giữ không đổi, còn tốc độ không tải tuỳ thuộc vào điện áp U
đk
của
hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này có độ cứngđạt đợc
rất tối u.
2.Từ các phơng trình trên ta có thể tính đợc phạm vi điều chỉnh tốc độ
của phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, giữ từ thông không đổi.
1
1
0

=


k
M
.
D
dm
max
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị
0max
,M
đm
,k
M
là xác định vì
vậy phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng .Khi điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều khiển thì
tổng trở mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ, do
đó có thể tính sơ bộ đợc.

0max
.||.M
đm
10
Vì thế với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh
tốc độ không vợt quá 10.Do vậy với hệ truyền động đòi hỏi phạm vi điều
chỉnh tốc độ lớn thì ta không thể sử dụng các hệ thống hở nh trên.
b. Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ:

Khi thực hiện điều chỉnh tốc độ theo nguyên lý điều chỉnh từ thông động
cơ tức là ta điều chỉnh dòng điện kích từ của động cơ và trong trờng hợp
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 8
Truyền động hệ máy doa ngang
này điện áp phần ứng đợc giữ không đổi, điều chỉnh dòng kích từ tức là
điều chỉnh momen điện từ động cơ M = KI và sức điện động quay của
động cơ E =k.Ta có phơng trình
dt
d
rr
e
i
k
bk
k
k

+
+
=
Trong đó:
r
k
-điện trở dây quấn kích từ.
r
b
-điện trở nguồn điện áp kích thích.
-số vòng dây của cuộn dây kích thích,
Trong chế độ xác lập thì:
;

rr
e
i
kb
k
k
+
=

]i[f
k
=
.
Nhận xét:
a) Với phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ thì cho ta có thể thay
đổi đợc tốc độ không tải với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ bản(đặc tính
cơ tự nhiên), tuy nhiên tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị hạn chế bởi
khả năng chuyển mạch của cổ góp.
b) Khi điều chỉnh giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ thì ta
thấy độ cứng của đặc tính cơ giảm rõ rệt, do vậy với những cơ cấu yêu
cầu độ cứng điều chỉnh cao thì phơng pháp này gặp phải khó khăn.
Kết luận:
Căn cứ vào đặc điểm truyền động ăn dao của máy dao ngang, căn cứ vào
phơng pháp truyền động yêu cầu, căn cứ vào các tính chất của các phơng
pháp điều chỉnh tốc độ, để thiết kế hệ truyền động ăn dao cho chuyển động
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 9
Truyền động hệ máy doa ngang
ăn dao máy doa ngang ta sử dụng động cơ một chiều điều chỉnh điện áp phần
ứng giữ từ thông không đổi ở trong vùng điều chỉnh tốc độ định mức. Còn ở
trên tốc độ định mức thì ta sử dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ.

Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 10
Truyền động hệ máy doa ngang
Chơng II
Phân tích u điểm của một số 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
thỏa mản yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích,so sánh các chỉ tiêu kinh tế,kỹ
thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà có thể lựa chọn
đợc vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế.
Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết bằng cách cắt hớt các lớp
kim loại trên phôi. Có thể tiến hành gia công tinh hoặc gia công thô.Chuyển
động ăn dao ở đây là chuyển động liên tục, tịnh tiến của dao, tuỳ thuộc vào
mức độ yêu cầu của chi tiết mà có tốc độ khác nhau. Nghĩa là, hệ thống
truyền động điện cần điều chỉnh tốc độ êm, phạm vi điều chỉnh lớn, mở và
hãm máy liên tục.
Trên những cơ sở yêu cầu công nghệ đó ta xem xét một số hệ truyền
động:
1) Hệ truyền động điện động cơ KĐB dùng ph ơng pháp điều chỉnh tần
số
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) đợc sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so
với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của công
nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ KĐB
mới khai thác các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh
có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 11
ĐK
Biến t ần

~ 3
ĐK
~
Truyền động hệ máy doa ngang
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất
động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và
động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ
nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải,
bánh lăn hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu
tốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ không
đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có
thể làm việc trong nhiều môi trờng. Nhợc điểm cơ bản của hệ thống này là sơ
đồ mạch điều khiển rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận
điện từ lới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến
đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thờng sử dụng hai loại
biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián
tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể sử
dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ biến
đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha.
1.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter)
Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a. Điện áp vào xoay chiều u
1
(tần số
f
1
) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy,
loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến
đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần có
mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh điện áp

và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần hình sin.
Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lợng van lớn đối với mạch ba
pha. Việc thay đổi tần số ra f
2
khó khăn và phụ thuộc vào tần số vào f
1
, số
pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van.
Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều chỉnh
tần số f
2
f
1
. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f
2
f
1
nhng mức
độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp hay đợc dùng cho truyền
động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp cho các
động cơ rotor lồng sóc, các động cơ rotor dây quấn cấp bởi hai nguồn, các
động cơ đồng bộ

U
1
, f
1

~
Mạch van

~
U
2
, f
2
a)
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 12
Truyền động hệ máy doa ngang
b)
U
1
, f
1

~
Chỉnh
lu
Lọc
Nghịch lu
độc lập
~
U
2
, f
2
U
=
U
=
Hình 2. 5. Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lu độc lập (b)

1.2. Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian ) nghịch lu độc lập
Sơ đồ cấu trúc đợc trình bày trên hình 2.5b. Trong loại biến tần này, điện
áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ chỉnh lu,
sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số f
2
. Việc biến
đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần. Song, loại biến tần này
cho phép thay đổi dễ dãng tần số ra f
2
không phụ thuộc vào tần số vào f
1
trong một dải rộng cả trên và dới f
1
vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào mạch điều
khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và
dùng van lực là các loại transistor đã cho phép phát huy tối đa các u điểm
của loại biến tần này. Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch
lu độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp. Tuy nhiên, nếu
sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn
đề khoá van.
Biến tần nguồn áp: Nghịch lu điện áp có đặc điểm dạng điện áp ra tải
đợc định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất tải.
Nguồn áp đợc tạo ra bằng một bộ chỉnh lu với đầu ra đợc nối song song với
một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và để
trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ. Điện áp ra của
nghịch lu điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ nhật.
Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thực hiện dễ dàng bằng điều
khiển qui luật mở van của phần nghịch lu. Phơng pháp điều khiển này thay
đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lới điện.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 13

Truyền động hệ máy doa ngang
Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh
động cơ xoay chiều, nguồn dòng thờng đợc sử dụng cho các hệ thống công
suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều
khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đợc sử dụng rộng rãi để
điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn
dòng có u điểm là tăng đợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà vẫn
thực hiện hãm tái sinh động cơ. Khi làm việc với tải là động cơ xoay chiều
thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển mạch
dòng điện chuyển mạch giữa các pha. Trong thực tế, thờng sử dụng các van
điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cỡng bức các van
đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn
trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng.
2) Hệ truyền động máy phát - động cơ một chiều(F- Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến
đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện này th-
ờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay
của máy phát là không đổi.
U
kF
U
đku
~
i
KF
F
ĐK
F

M

Đ
U
kĐ
U
đk
~
i
KĐ

M
I
Hình 2-1. Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ.
Động cơ Đ truyền động M đợc cấp điện từ máy phát F. Khi điều chỉnh
dòng điện kích từ máy phát i
KF
thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ
thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 14
Truyền động hệ máy doa ngang
Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh các
chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật
nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng
quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công
nghiệp mỏ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc
độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên
mạch kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực
hiện hãm điện dễ dàng.
Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,
trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không
quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp

hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên
khó điều chỉnh sâu tốc độ, vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn. Với
những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh
sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp
máy điện khác nh các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng
cao chất lợng.
3) Hệ thống truyền động chỉnh l u điều khiển - động cơ một chiều (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các
bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor.
M
Đ
U
đk
~
i
KĐ

M
~
U
đk
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 15
Truyền động hệ máy doa ngang
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu thyristor.
Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm
việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất của
tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ (L-R)

hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên tục:
M
)k(
R
k
cosE
2
dm
dm
do




=
Độ cứng của đặc tính cơ là
2







=
R
k
dm

trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng
động cơ R và điện trở các phần tử mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh trên hình 2.3. Các đặc
tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợng
chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển càng lớn thì điện áp đặt
vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một
mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có
độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 16
Hình 2-3. Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M
0
Truyền động hệ máy doa ngang
đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián
đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián
đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờng
ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:
1)
p
cos
p
sinU
IL
()

p
sin
p
U
E
(
2
m2
e
2
m2
=




+


Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta
tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p. Song khi tăng số xung p thì
mạch lực chỉnh lu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức
tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời
gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống. Biên giới này đ-
ợc mô tả bởi
đờng nét đứt trên hình vẽ 2-3.
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và
dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao.
Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh
nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của

hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh
rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhợc điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến,
dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong
máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp
của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp
nhất là khi điều chỉnh sâu.
Mặc dù động cơ không đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,
vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều ba
pha, nhng về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 17
Truyền động hệ máy doa ngang
u việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản hơn và đạt chất lợng
điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. So với hệ F-Đ thì với những
nhợc điểm của hệ F-Đ là hiệu suất thấp ,gây ồn ,chiếm diện tích lớn ,thì việc
lựa chọn
Hệ F-Đ cho truyền động máy doa là không thích hợp
Chính vì vậy, ta sẽ chọn phơng án thiết kế hệ truyền động chỉnh lu
Tiristor - động cơ một chiều kích từ độc lập. Đó cũng chính là phơng án
đợc giao thiết kế của em.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 18
Truyền động hệ máy doa ngang
Chơng III
Tính chọn mạch lực
I. Chọn công suất động cơ
1. Yêu cầu về động cơ
Đặc tính phụ tải

Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

D =
1560
10
156,0
4
min
max
==

v
v
P = F.v
max
= 30.0,156 = 4.6 (kW)
Mômen cực đại trên trục động cơ:
M =
1975.18
8.0
10.5.10.30
43
==



F
(N.m)
Động cơ đợc chọn phải đáp ứng đợc các yêu cầu sau:
- Động cơ phải có đủ công suất để đáp ứng đợc nhu cầu của truyền động
- Có tốc độ và phạm vi điều chỉnh phù hợp với yêu cầu công nghệ.
- Thoả mãn các yêu cầu về mở máy và hãm động cơ.

Ngoài ra còn một số yêu cầu khác nh phù hợp với nguồn điện năng tiêu
thụ cũng nh thích hợp với điều kiện làm việc, tính gọn nhẹ trong sủ dụng
2. Chọn động cơ
Căn cứ vào số liệu ta chọn động cơ nh sau:
Chọn loại động cơ có ký hiệu: - 51
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 19
M


max

min
M
đm
0
P
Truyền động hệ máy doa ngang
Có các thông số kỹ thuật cho nh bảng sau
Kiểu
động cơ
P
đm
(kw)
U
đm
(V)
N
đm
Vg/ph
I

đm
(A)
R+r
cp
()
R
cks
()
i
ktđm

(A)
- 51 6.0 220 1500 33.2 0.472 132 1.27
Kiể
u
độn
g cơ
Số thanh
dẫn tác
dụng
của phần
ứng N
Số
nhánh
song
song
phần
ứng 2a
Số vòng
trên 1

cực cuộn
song
song
cks
Từ thông
hữu ích
của 1 cực
từ .10
-2
Wb
Tốc độ
quay cho
phép cực
đại(vòng
/phút)
Mô men
QT phần
ứng
J (kgm
2
)
-
51
682 2 1500 5.8 3000 0,35
3. Kiểm nghiệm động cơ
Tính toán các tham số động cơ:
k

đm
=

dm
uuu
w
RIU
=
3,1
60/28,6.1500
2,33.472.0220
=

M
đm
= k

đm
I = 1,3.33,2=43,2Nm
Kiểm nghiệm momen quá tải:
M
đmđc
= 43,2 > M
cmax
= 19
II .tính chọn bộ biến đổi
Theo yêu cầu của hệ truyền động thì bộ biến đổi có nhiệm vụ cung cấp
điện áp cho phần ứng động cơ do vậy và điện áp này có thể điều chỉnh đợc
để thay đổi tốc độ động cơ. Chính vì vậy sơ đồ phải điều khiển đợc. Xét về
phơng diện điều khiển thì để ổn định tốc độ của máy ở phụ tải nhất định thì
điện áp đặt vào động cơ phải có độ ổn định cao. So sanh giữa các sơ đồ chỉnh
lu thì sơ đồ cầu 3 pha có đáp ứng tốt nhất cho yêu cầu về chất lợng điện áp
và cả về kỹ thuật nh:

Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 20
Truyền động hệ máy doa ngang
+ Sơ đồ cầu có điện áp ngợc đặt lên van nhỏ hơn hai lần so với sơ đồ hình
tia.
+ Sơ đồ cầu máy biến áp đợc tận dụng khả năng triệt để hơn (công suất
yêu cầu nhỏ hơn 30% so với sơ đồ hình tia)
+ Sơ đồ cầu cho ta dạng điện áp và dòng chỉnh lu tốt hơn, độ nhấp nhô ít
hơn.
+ Đối với sơ đồ hình tia kích thớc cuộn kháng lọc lớn hơn,và khó chế tạo
Từ những nhận xét trên ta chọn sơ đồ chỉnh lu là sơ đồ cầu ba pha đối
xứng có điều khiển.
Do yêu cầu của truyền động đảo chiều nên ta dùng hai bộ biến đổi song
song ngợc không có cuộn kháng cân bằng và thực hiện việc điều khiển riêng
từng bộ biến đổi.ở đây ta không lựa chọn phơng án đảo chiều điều khiển
chung bởi vì việc chế tạo cuộn kháng cân bằng trong hệ điều khiển chung là
rất khó khăn
1. Sơ đồ mạch lực và nguyên lý hoạt động.
Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng nh
sau
Mạch gồm hai bộ biến đổi riêng rẽ nhau là BĐ1 và BĐ2.Khi điều khiển
riêng hai bộ,tại một thời điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi
còn bộ kia bị khoá do không có xung điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là
BĐ1 và BĐ2 với các mạch phát xung điều khiển tơng ứng là FX1 và
FX2,trật tự hoạt động của các bộ phát xung này đợc quy định bởi các tín hiệu
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 21
Truyền động hệ máy doa ngang
logic b
1
và b
2

. Quá trình hãm và đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời
gian.Trong khoảng thời gian 0ữt
1
,bộ BĐ
1
làm việc ở chế độ chỉnh lu.
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 22
TruyÒn ®éng hÖ m¸y doa ngang

LOG
BD1
BD2
FX2
FX1
SI1
SI2
+
-
i
i
U
U

L¬ng ThÕ Vinh _T§H2 _K46 23
Truyền động hệ máy doa ngang
góc

1
<
2

còn BĐ
2
khoá.Tại t
1
phát lệnh đảo chiều i
Lđ
,góc điều khiển

1
tăng đột biến đến lớn hơn
2

,dòng phần giảm dần về 0 lúc này cắt xung
điều khiển để khoá BĐ
1
,thời điểm t
2
đợc xác định bởi cảm biến dòng điện
không SI
1
.Trong khoảng thời gian trễ =t
3
-t
2
,BĐ
1
bị khoá hoàn toàn,dòng
điện phần ứng bị triệt tiêu.Tại t
3

sđđ động cơ E vẫn còn dơng,tín hiệu logic b
2
kích cho FX
2
mở BĐ
2
với góc

2
>
2

,và sao cho dòng điện phần ứng không
vợt quá giá
trị cho phép,động cơ đợc hãm tái sinh,nếu nhịp điệu giảm

2
phù hợp với
quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãmvà dòng điện khởi động ng-
ợc không đổi,điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động
dòng điện của hệ thống.Trên sơ đồ của khối logic LOG thì i
Lđ
, i
L1
, i
L2
là các
tín hiệu logic đầu vào còn b
1
,b

2
là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ
phát xung điều khiển:
i
Lđ
=1 phát xung điều khiển mở BĐ
1
.
i
Lđ
=0 - phát xung điều khiển mở BĐ
2
.
i
1L
(i
2L
) =1 có dòng điện chảy qua BĐ
1
(BĐ
2
).
b
1
(b
2
) = 1 khoá bộ phát xung FX
1
(FX
2

).
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 24
Truyền động hệ máy doa ngang
Tính chọn mạch biến đổi:
Vì hệ truyền động ăn dao là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọn mạch
biến đổi điện áp tới động cơ gồm 2 bộ chỉnh lu cầu 3 pha Thyristor điều
Lơng Thế Vinh _TĐH2 _K46 25