nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện đi sâu thiết kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT – Đ

LỜI NÓI ĐẦU
Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt những
thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiều thiết bị
ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy gia công kỹ
thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những thiết bị đắt tiền
và phức tạp. Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện, máy mài, máy bào
giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc chế tạo cơ khí. Nên
việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm
hiện nay.
Môn học Trang bị điện – điện tử máy gia công kim loại là một trong những
môn giúp giải quyết phần nào đó các vấn đề trên.
Với đề tài được giao: “Nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện. Đi sâu thiết
kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT –
Đ” và được sự hướng dẫn của thầy Hoàng Xuân Bình em đã đi sâu tìm hiểu trang
bị điện tử của máy tiện và đã khai thác được nhiều vần đề trong thực tế cũng như
trong lý thuyết.
Vẫn biết còn nhiều thiếu sót và do nội dung vẫn còn mới mẻ đồng thời sự
hiểu biết vẫn còn hạn chế nên em chưa thể hoàn thành một cách tốt nhất cho đề tài
này. Em mong thầy cô cho ý kiến và giúp đỡ để em hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ
của mình.
Em xin chân thành cám ơn !
1
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN ……… 3
1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện …………………………………………. 3
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện …….… 4
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện ……… …. 4
1.2.2. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính ……………………… …… 10
1.2.3. Phụ tải của cơ cấu chuyển động ăn dao ……………………… … 12

1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung đối với truyền động điện máy tiện.
1.3.1. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động chính ………… … 14
1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao ….… … … 15
Chương 2: CẤU TRÚC – MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN .… 17
2.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống ………………………… …… 17
2.1.1. Xây dựng cấu trúc hệ truyền động T – Đ …………………… …… 17
2.1.2. Cấu trúc – mô hình hóa bộ biến đổi một chiều Thyristor ………… 20
2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động ……….…………………. 21
2.2.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện ………………….………….… 22
2.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ……………………….………………. 23
2.2.3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ ……… … 24
2.2.4. Tổng hợp bộ điều chỉnh sức điện động ………………………….…. 26
Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TRÊN MATLAB –
SIMULINK …………………………………………………………… ………. 28
3.1. Tính toán các bộ điều chỉnh ………………………………….…… 28
3.2. Mô phỏng hệ thống điều chỉnh trên Simulink ………………….…. 31
3.3. Thiết kế xây dựng tủ điều khiển ………………… ……………… 34
KẾT LUẬN …………………………………………………………….……… 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………… 37
2
Chương 1: TỔNG QUAN TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ MÁY TIỆN
1.1. Đặc điểm công nghệ máy tiện.
3
Hình 1.1 – Hình dạng bên ngoài máy tiện
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn
năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng v.v… Trên máy tiện có thể thực
hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau: tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt
đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và
tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, taro ren… Kích thước gia công trên máy tiện có
thể từ cỡ vài mili mét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng).

?
5
Fx
Fz
Fy
1
2
3
4
2
a)
b)
1
t
Hình 1.2 – Dạng bên ngoài (a) và dạng gia công (b) trên máy tiện
Dạng bên ngoài của máy tiện như hình 1.2a. Trên than máy 1 đặt ụ trước 2,
trong đó có trục chính quay chi tiết. Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và ụ sau 4. Bàn
dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và cắt ngàn so với chi tiết. Ở ụ sao đặt mũi
4
chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công hoặc để gá mũi
khoan, mũi doa khi khoan, doa chi tiết. Sơ đồ gia công tiện ở hình 1.2b. Ở máy
tiện: chuyển động quay chi tiết với tốc độ góc ω
ct
là chuyển động chính, chuyển
động di chuyển của dao 2 là chuyển động ăn dao. Chuyển động ăn dao có thể là ăn
dao dọc, nếu dao di chuyển dọc theo chi tiết (tiện dọc) hoặc ăn dao ngang (hướng
kính) chi tiết (tiện ngang). Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, trụ, di chuyển
nhanh của dao, bơn nước, hút phoi v.v…
1.2. Phụ tải của cơ cấu các chuyển động điển hình của máy tiện.
1.2.1. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện.

a. Chiều sâu cắt, t.
Là chiều dày lớp kim loại được bóc đi sau một lần chạy dọc theo phương
vuông góc với bề mặt gia công.
d
D
t
a)
b)
c)
d)
d
D
t
t t
Hình 1.3 – Chiều sâu cắt khi tiện
5
 Khi tiện mặt trụ ngoài hình (1.3a), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa đường
kính của phôi D với đường kính đã gia công d, nghĩa là:
Trong đó:
+ D – đường kính phôi, [mm];
+ d – đường khính mặt đã gia công, [mm];
 Khi tiện lỗ (hình 1.3b), chiều sâu cắt t bằng 1/2 hiệu giữa đường kính đã gia
công và đường lỗ trước khi gia công.
 Khi xén mặt đầu (hình 1.3c), chiều sâu cắt t bằng chiều dày được bóc đi sau
một lần chạy dao đo theo phương vuông góc với mặt đầu của chi tiết gia
công.
 Khi cắt đứt (hình 1.3d), chiều sâu cắt t bằng chiều rống rãnh cắt do dao tạo
thành.
b. Bước tiến S (lượng chạy dao).
Là độ dịch chuyển của lưỡi cắt sau một vòng quay của vật vật gia công.

Bước tiến S được đo bằng mm (hình 1.4). Người ta chia ra thành ba loại bước
tiến:
- Bước tiến dọc: có hướng tiến dọc theo đường tâm của chi tiết gia công.
- Bước tiến ngang: có hướng vuông góc với đường tâm của chi tiết gia công.
- Bước tiến xiên: có hướng xiên so với đường tâm của chi tiết gia công với
một góc bất kỳ (khi gia công mặt côn).
6
S (mm/vg)
Phôi
Hình 1.4 – Lượng ăn dao khi tiện
c. Tốc độ cắt
Là tốc độ chuyển động dài tương đối của chi tiết so với dao cắt tại điểm tiếp xúc
giữa chi tiết và dao. Nó được xác định theo chi tiết kinh nghiêm:
Trong đó:
+ t – chiều sâu cắt, mm;
+ s – lượng ăn dao: là lượng dịch chuyển của dao khi chi tiết quay được
một vòng, mm/vg;
+ T – là tuổi thọ (độ bền) của dao: là thời gian làm việc của dao giữa hai
lần mài dao kế tiếp, ph;
+ C
V
, x
V
, y
V
, m – là hệ số và số mũ phụ thuộc vào vật liệu chi tiết, vật
liệu dao và phương pháp gia công.
Một vài ví dụ về cá giá trị của các hệ số và số mũ: khi gia công gang và thép
bằng dao hợp kim C
V

=40 – 260; dao cắt bằng thép gió C
V
=18 – 24. Đối với gia
công thô t=3 – 30mm, s=0,4 – 2mm/vg; gia công tinh t=0,1 – 2mm; s=0,1 –
7
0,4mm/vg; T=60 – 180ph. Các số mũ x
V
, y
V
, m thường lấy các giá trị x
V
=0,15÷0,2 ;
y
V
=0,35÷0,8 ; m=0,1÷0,2.
Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong quá trình gia
công phải luôn đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bời các thông số: độ sâu cắt t,
lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác định. Khi tiện
ngang chi tiết có đường kính lớn, trong quá trình gia công đường kính chi tiết giảm
để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng liên tục tốc độ góc của
chục chính theo quan hệ:
Trong đó:
+ D
ct
– đường kính chi tiết, mm.
+ ω
ct
– tốc độ góc của chi tiết, rad/s.
b. Lực cắt
Trong quá trình gia công, tại điểm tiếp xúc giữa chi tiết và dao có một lực tac dụng

F, lực này được chia làm 3 thành phần:
1
3
2
4
Fx
Fz
Fy
Hình 1.4 – Các thành phần đặc trưng cho gia công tiện
+ Lực tiếp tuyến F
z
(lực cắt): chống lại sự quay của chi tiết.
+ Lực dọc trục F
x
(lực ăn dao): chống lại sự di chuyển của bàn dao.
+ Lực hướng kính F
y
: chống lại sự tì của dao và chi tiết.
8
Để tính lực cắt ta sử dụng công thức kinh nghiệm sau:
Trong đó:
C
F
, x
F
, y
F
, n – hệ số và các số mũ phụ thuộc vào vật lieu chi tiết, vật liệu dao
và các phương pháp gia công.
Các lực F

x
, F
y
cũng được xác định theo các công thưc tương tự như công
thức(1–4). Khi tính toán sơ bộ có thể lấy F
x
, F
y
theo tỷ lệ sau:
F
z
: F
y
: F
x
= 1 : 0,4 : 0,25
Khi gia công thép bằng dao hợp kim cứng C
F
= 300 ; dao bằng thép gió C
F
=
208. Gia công gang xám tương ứng C
F
= 92 và C
F
= 118 ; x
F
= 1 ; y
F
= 0,75 ; n = 0

với dao bằng thép gió và n = -0,15 với dao bằng hợp kim cứng.
c. Công suất cắt.
Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính. Quá trình tiện xảy ra với
công suất cắt(kW) là hằng số và được xác định:
Bởi vì lực cắt lớn nhất F
max
sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu cắt lớn, tương
ứng với tốc độ cắt nhỏ V
z min
; còn lực cắt nhỏ F
min
xác định bởi t, s tương ứng với
tốc độ cắt V
z max
nghĩa là tương ứng với hệ thức:
F
max
.V
z min
= F
min
. V
z max
(1 – 7)
Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ cắt như hình 1.4:
9
Hình 1.5 – Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện
d. Thời gian máy
Thời gian máy là thời gian dùng để gia công chi tiết. Nó còn được goi là thời gian
công nghệ, thời gian cơ bản hoặc thời gina hữu ích. Để tính toán thời gian máy ta

phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ cắt gọt, phương pháp gia công:
Trong đó:
+ L: chiều dài hành trình làm việc [mm].
+ n: tốc độ quay của chi tiết [vg/ph].
Nếu thay vào (1 – 7) giá trị :
Ta được:
Trong đó: d – đường kính chi tiết gia công [mm]
Từ (1 – 8) ta thấy muốn tăng năng suất máy (giảm t), phải tăng tốc độ cắt và lượng
ăn dao. Do đó người ta áp dụng phương pháp cắt cao tốc.
10
F
z
V
O
1.2.2. Phụ tải của cơ cấu chuyển động chính.
Trong chuyển động chính của máy tiện, lực cắt là lực hữu ích của máy, nó phụ
thuộc vào các chế độ cắt (t, s, v), vật liệu chi tiết và dao.
Chuyển động chính máy tiện là chuyển động quay được xác định theo công
thức:
Trong đó:
+ F
z
– lực cắt, [N].
+ d – đường kính của chi tiết gia công (phôi), [m].
Momen hữu ích trên trục động cơ là:
i – tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.
Momen cản tĩnh trên trục động cơ:
η – hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính.
Với máy tiện đứng do có chuyển động ở bàn máy nên còn xuất hiện một lực ma sát
phụ ở gờ trược của mâm cặp:

Trong đó: F
N
– lực tổng tác dụng lên gờ trượt, được xác định bởi khối lượng mâm
cặp hoặc bàn m
b
, khối lượng chi tiết m
ct
đặt trên mâm cặp, thành phần lực cắt F
y
.
11
Hệ số ma sát μ ở gờ trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp, nó có giá trị lớn khi
khởi động máy. Vì vậy ở những máy này, momen cản tĩnh khi khởi động đạt tới
(60 ÷ 80)% momen định mức. Ở tốc độ định mức thì μ = 0,05 ÷ 0,08 và là hằng số.
Ở chế độ xác lập, lực kéo của các chuyển động mâm cặp được xác định là các
tổng các lực cắt và lực ma sát:
Momen trên trục động cơ ứng cới chuyển động quay là:
1.2.3. Phụ tải của truyền động ăn dao.
Lực ăn dao của truyền động ăn dao được xác định theo công thức tổng quát:
Trong đó:
+ F
x
– thành phần lực cắt theo hương di chuyển của bàn dao;
+ k=1,2 ÷1,5 – hệ số dự trữ;
+ F
ms
– lực ma sat của bàn ở hướng gờ trượt;
+ F
d
– lực dính;

 Lực ma sát của bàn theo hướng gờ trượt được xác định bởi công thức:
μ – hệ số ma sát của bàn theo hướng gờ trượt.
 Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao:
12
S – diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, [cm
2
];
β – áp suất dính thường bằng 0,5N/cm
2
;
Các thành phần lực ở (1 – 17) không đồng thời xuất hiện trong quá trình làm
việc nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra làm hai chế độ làm việc:
làm việc và ăn dao khởi động.
 Khi khởi động lực ăn dao xác định bởi hai lực ma sát do khối lượng của bộ
phận di chuyển và lực dính:
Với μ
0
= 0,2 ÷ 0,3 – hệ số ma sát khi khởi động.
 Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính:
Với μ = 0,05 ÷ 0,15 – hệ số ma sát khi làm việc.
Công suất ăn dao của máy tiện được xác đinh bởi công thức:
+ F
ad
– lực ăn dao, [N];
+ V
ad
– tốc độ ăn dao, [m/s];
Công suất ăn dao thường nhỏ hơn công suất cắt 100 lần, vì tốc độ ăn dao được xác
định bởi lượng ăn dao và tốc độ góc của chi tiết:
Nhỏ hơn tốc độ cắt nhiều lần.

Ở đây: s
’
= s/2π , [mm/rad]
13
+ ω
ct
– tốc độ góc của chi tiết, [rad/s];
+ s – lượng ăn dao, [mm/vg];
Lực và momen chuyển động ăn dao không phụ thuộc vào tốc độ của nó, vì phụ
tải của truyền động ăn dao chỉ được xác đinh bởi khối lượng bộ phận di chuyển của
máy và lực ma sát ở gờ trượt và ở hộp tốc độ. Đồ thị phụ tải của truyền động ăn
dao được biểu diễn như trên hình (1.6) . Ở dải tốc độ rộng V
1
< V <V
2
momen phụ
tải là hằng số, ở vùng tốc độ V < V
1
và V > V
2
thì momen phụ tải thay đổi tuyến
tính theo tốc độ.
Hình 1.6 – Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao
1.3. Những yêu cầu và đặc điểm chung đối với truyền động điện máy tiện.
1.3.1. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động chính.
Truyền động chính cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết
theo cả hai chiều, ví dụ khi tiên ren trái và phải – Phạm vi điều chỉnh tốc độ trục
chính D <(40 ÷ 125)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,26 và công suất là hằng
số (P
c

= const).
Ở chế độ xác lập, hên thống chuyển động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính
cơ trong pham vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay đổi
từ 0 đến định mức. Quá trình khởi động và hãm yêu cầu phải trơn, tránh va đập
trong bộ truyền. Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công chi tiết
có đường kính lớn, để đảm bảo tốc độ cắt tối ưu và không đổi (V
z
=const) khi
14
M
c
V
1
V
2
V
3
V
ad
0
đường kính chi tiết thay đổi thì pham vi điều chỉnh tốc độ được xác định bởi pham
vi thay đổi tốc độ dài và pham vi thay đổi đường kính:
Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động chính thường là
động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ. Ở các máy
tiên cỡ nặng, máy tiện đứng hệ thống truyền động chính điều chỉnh hai vùng, sử
dụng hệ thống bộ biến đổi động cơ điện một chiều (BBĐ – Đ) và hộp tốc độ: Khi
V
z
< V
z gh

thì M
c
= const; khi V
z
> V
z gh
P
c
= const (đồ thị hình 1.5). Bộ biến đổi có
thể là máy phát một chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùng Thyristor.
Hình 1.6 – Biểu đồ Momen và công suất của động cơ trong truyền động chính
1.3.2. Yêu cầu và đặc điểm chung của truyền động ăn dao.
Truyền động ăn dao cần phải được đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao theo
hai chiều. Đảo chiều của bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện
hoặc dùng khớp ly hợp điện từ. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao
thường là D = (50 ÷ 300)/1 với độ trơn điều chỉnh φ = 1,06 và 1,26 và Momen
không đổi (M = const).
15
O
V
z min
V
z
V
z max
V
z gh
M
c
P

c
P
c
, M
c
Ở chế độ làm việc xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phụ tải
thay đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và Momen hãm êm. Tốc
độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng hoặc máy tiện đứng cần liên hệ với tốc
độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên lượng ăn dao.
Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ
truyền động chính, còn ở máy tiện nặng thì truyền động ăn dao được thực hiện từ
một động cơ riêng là động cơ một chiều cấp điện từ khuếch đại máy điện hoặc bộ
chỉnh lưu có điều khiển.
Chương 2: CẤU TRÚC – MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
2.1. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống.
Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống như sau:
Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống
16
Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ, ngoài việc sử dụng điều chỉnh điện
áp phần ứng còn sử dụng thêm độ điều chỉnh từ thông. Khi động cơ làm việc ở
dưới tốc độ định mức cần giữ cho từ thông lớn nhất bằng định mức và thực hiện
điều chỉnh điện áp phần ứng để điều chỉnh tốc độ. Khi cần tốc độ lớn hơn tốc độ
định mức ta thực hiện việc thay đổi từ thông theo chiều giảm từ thông và giữ điện
áp phần ứng không đổi bằng điện áp định mức.
 Sơ đồ tạo tín hiệu điều chỉnh tự động:
BÐ
ÐC
P
Ban dao
FT

R
U
U
R
D
V
Fh
cd
Hình 2.2 – Sơ đồ tạo tín hiệu điều khiển tự động động cơ
Đây là sơ đồ điều khiển tốc độ quay của động cơ ĐC theo hàm của đường
kính chi tiết gia công theo nguyên lý U
cđ
≈ U
fp
≈ d
ct
.ω. Điện áp chủ đạo U
cđ
tỷ lệ với
tốc độ cắt được đặt bằng biến trở R
V
. Tốc độ cắt được duy trì không đổi với độ
chính xác phụ thược vào độ chính xác chế tạo bộ phận liên hệ giữa bàn dao và biến
trở R
D
. Con trượt R
D
liên hệ với bàn dao thông qua bộ điều tốc P. Điện áp phản hồi
U
fp

≈ d
ct
.ω. Với hệ thống điều chỉnh có bộ điều chỉnh PI (tỷ lệ - tích phân) thì luôn
có: U
cđ
≈ U
fp
≈ d
ct
.ω, nghĩa là: V
z
= d
ct
.ω
ct
.
2.1.1. Xây dựng cấu trúc hệ truyền động T - Đ.
17
Đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập (N
N
= 0) thì ta có thể viết các
phương trình sau :
- Mạch phần ứng :
Từ phương trình:
Ta có:
- Mạch kích từ :
- Phương trình chuyển động cơ học :
Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên ta có thể viết các
phương trình của gia số :
Từ các phương trình trên ta có sơ đồ cấu trúc đã tuyến tính hóa theo các phương

trình trên như sau :
18
Hình 2.3 – Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa động cơ điện một chiều
• Trường hợp khi từ thông kích từ không đổi :
Khi dòng điện kích từ động cơ không đổi, hoặc khi động cơ được kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu thì từ thông kích từ là hằng số:
Từ các phương trình cơ bản (2 - 8 ) và (2 - 9) ta xây dựng được sơ đồ cấu
trúc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
Hình 2.4 – Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi
19
M
c
C
u
C
u
I
E
U
2.1.2. Cấu trúc – mô hình hóa bộ biến đổi một chiều Thyristor.
Bộ biến đổi ở đây là bộ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng có điều khiển
(Thyristor). Chỉnh lưu Thyristor cho phép thực hiện các yêu cầu kỹ thuật của hệ
TĐĐ một chiều với độ tự động hóa cao và do chất lượng điện áp trên tải tốt, độ
bằng phẳng tương đối cao nên được sử dụng rộng rãi.
Sơ đồ cấu trúc của bộ biến đổi:
Hình 2.5 – Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi là:
Trong đó:
+ K
cl

– hệ số khuếch đại mạch chỉnh lưu.
+ T
đk
, T
v0
– hằng số

thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch
chỉnh lưu.
2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động.
Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ truyền động như sau:
20
BBĐ
K
U
d
I
U
iđ
U
ωđ
U
k
M
M
c
BĐ
1
S
ω

R
i
R
ω
S
i
Ф
E
S
E
LOG
N
2
N
1
E
đ
I
kđ
R
ik
BĐ2
S
ok
(p)
S
ik
I
kđ
Hình 2.6 – Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống truyền động

Đầu vào của bộ điều chỉnh sức điện động R
E
là giá trị định mức của tín hiệu
đặt E
đ
. Trong vùng điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản thì giá trị đặt của dòng điện kích
từ là không đổi, tướng ứng với giá trị không đổi của từ thông. Khi sức điện động
đạt đến giá trị đặt thì qua khâu LOG giá trị này được so sánh với giá trị E
đ
, sai lệch
được xử lý bởi bộ điều chỉnh R
E
tạo dòng điện I
kđ
sao cho khi tăng tốc độ từ thông
giảm.
2.1.2. Tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện.
Trong các hệ truyền động tự động, cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng
điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng
điện trong các hệ thống truyền động một chiều và xoay chiều là trực tiếp hoặc gián
tiếp xác định momen kéo động cơ, ngoài ra còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh
gia tốc…
Ta xét sơ đồ khối mạch vòng điều chỉnh dòng điện sau đây:
21
-M
c
(p)
U
iđ
(p)

-E(p)
KФ
R
i
I
S
i
Hình 2.7 - Mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Trong đó:
+ T
ư
=
u
u
L
R
: Hằng số thời gian điện từ của mạch phần ứng;
+ K
i
= R
s
: Điện trở của mạch sensor;
+ T
i
= R.C : Hằng số thời gian của sensor dòng điện;
+ J : Momen quán tính.
Từ sơ đồ trên ta có hàm truyền của đối tượng điều khiển của mạch vòng điều chỉnh
dòng điện:
Trong đó các hằng số thời gian T
f

(hằng số thời gian bộ lọc) , T
dk
, T
v
, T
i
là rất nhỏ
so với hằng số thời gian điện từ T
u
. Đặt T
si
= T
dk
+ T
v
+ T
I
<< T
u
thì có thể viết lại
công thức trên ở dạng gần đúng sau:
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện là
khâu tỷ lệ - tích phân (PI) như sau:
Trong đó đã chọn τ
σ
= min(T
si
, T
u
) = T

si
2.2.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
22
Để thuận tiện chi việc tính toán, ta thay thế bởi biểu thức gần đúng hàm truyền của
mạch vòng dòng điện như sau:
Vậy sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ còn lại như sau:
Hình 2.8 – Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ là
một khâu tỷ lệ - tích phân(P) như sau:
2.2.3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ.
Trong trường hợp điều chỉnh dòng điện kích từ thì hàm truyền đối tượng có dạng:
23
-I
c
M
c
I
E
R
ω
1/KФ
U
ωđ
(p)
S
ω
+ U
k
– Giá trị trung bình điện áp ra của bộ biến đổi;
+ R

k
; T
k
– Thông số dây quấn kích từ;
+ T
V
– Hằng số thời gian dòng xoáy;
+ T
sk
– Tổng các hằng số thời gian nhỏ trong mạch kích từ;
Sơ đồ cấu trúc điều khiển:
Hình 2.9 – Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh dòng điện kích từ
Ta có:
Các hằng số thời gian T
đk
, T
v
, T
sk
, T
ik
đều là các hằng số thời gian rất bé so với T
k
.
Do đó để đơn giản trong việc tổng hợp bộ điều khiển R
ik
ta bỏ qua các thành phần
bậc cao và giả thiết T
Vx
≈ T

sk
; T
đk
+ T
v
+ T
ik
= T
skt
. Do đó S
ok
có dạng:
Theo tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
24
I
k
U
k
U
kđ
Chọn τ
σ
= T
skt
, vậy ta có bộ điều chỉnh dòng điện có dạng:
2.2.4. Tổng hợp bộ điều chỉnh sức điện động.
Giả sử hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện thay thế bởi biểu thức gần đúng
như sau:
Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ thống như sau:
Hình 2.10 – Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều chỉnh sức điện động

Hàm truyền của hệ kín là:
25
U
Eđ
Ф
k
E
k
K