Phân tích các phương pháp điều khiển truyền động ăn dao máy tiện thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện f - đ

Phần i
Giới thiệu công nghệ máy tiện

Đ1-1 công dụng và phân loại máy tiện
I. công dụng .
Máy tiện đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt
phần kim loại thừa để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu
(gia công thô). Hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác
nhất định về kích thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công
tinh ).
Máy tiện có thể thực hiện nhiều công nghệ khác nhau nh tiện trục ngoài ,
tiện trục trong, tiện côn, tiện định hình Ngoài ra trong máy tiện còn có thể
thực hiện các chức năng khác nh doa, khoan, tiện ren. Bằng các dao doa, dao
cắt, ta rô ren. Kích thớc gia công trên máy có thể từ cỡ vài milimet đến
hàng chục mét. Với độ chính xác cao .
II. phân loại.
Trong ngành công nghiệp nhóm máy tiện đơc sử dụng rất phổ biến, đa
dạng. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà nhóm máy tiện đợc phân loại nh sau:
- Theo đặc điểm của quá trình sản xuất ta có:
+ Máy tiện đơn giản.
+ Máy tiện vạn năng.
+ Máy tiện chuyên dùng.
+ Máy tiện đứng.
+ Rơvonve.
- Theo kích thớc và trọng lợng chi tiêt gia công trên máy ta có:
+ Máy tiện bình thờng (trọng lợng chi tiết từ 100 ữ 1000 KG ).
+ Máy tiện cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết cỡ 10.10
3
ữ 30.10
3
).

+ Máy tiện cỡ nặng (trọng lợng chi tiết cỡ 30.10
3
ữ 100.10
3
).
+ Máy tiện cỡ rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.10
3
).
- Phân loại theo độ chính xác gia công ta có : Độ chính xác bình thờng, cao,
và rất cao.
Đ1-2 đặc điểm chung của máy tiện
1
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

. đặc điểm chung .
Truyền động chính là truyền động quay chi tiết gia công, còn truyền
động ăn dao là truyền động tịnh tiến của bàn xe dao đảm bảo lợng ăn dao của
dụng cắt gọt kim loại. Các truyền động tơng ứng đều làm việc ở chế độ dài
hạn. Các truyền động phụ có thể là truyền động nhanh dần.
Phần lớn các máy tiện trung bình và lớn đều sử dụng động cơ không đồng
bộ rô to lồng sóc làm truyền động chính (trừ máy tiện chính xác ). Với động
cơ rô to lồng sóc nó có u điểm là : Tính kinh tế cao, vận hành tin cậy, đặc tính
cơ cứng đồng thời nó rất thuận tiện khi có sự phối hợp với hộp tốc độ. Để điều
chỉnh tốc độ ta thực hiện bằng phơng pháp cơ khí (trong phạm vi không rộng
lắm ). Nếu khi yêu cầu điều chỉnh trong phạm vi rộng ( 50/1
ữ
70/1 ) ta có
thể sử dụng động cơ rô to lồng sóc có hai hay nhiều cấp tốc độ nhờ thay đổi
số đôi cực. ở những máy tiện chính xác truyền động quay trục chính thờng sử

dụng động cơ một chiều vì nó có u điểm về phơng pháp điều chỉnh tốc độ.
Phạm vi điều chỉnh rộng, độ bằng phẳng khi điều chỉnh rất cao, mà còn tạo
điều kiện thuận lợi để điều chỉnh tốc độ có khoảng cách.
II. quá trình công nghệ trên máy .
Quá trình công nghệ đợc tiến hành : Trớc tiên ta cho khởi động quay trục
chính ( cùng quay mâm cặp chitiết ) với tốc độ () sau đó điều chỉnh lợng ăn
dao (t). Nhờ sự chuyển động tịnh tiến của bàn dao nên chi tiết đợc cắt gọt một
lợng theo đúng yêu cầu. Muốn tiện theo chiều dài chi tiết ta cho bàn dao
chuyển động tịnh tiến dọc theo trục của chi tiết. Còn khi ta cần cắt bỏ bớt
chiều dài của chi tiết ta cho chuyển động của bàn dao vuông góc với trục chi
tiết.
Truyền động chính ở đây là truyền động quay chi tiết và mâm cặp còn
truyền động ăn dao là truyền động tịnh tiến dọc theo trục chi tiết
hoặc vuông góc với trục chi tiết. Yêu cầu truyền động quay khi gia công phải
thực hiện trớc và khi dừng phải dừng sau để tránh va đập làm mẻ
dao và hỏng bề mặt chi tiết gia công.
Quá trình công nghệ trên máy tiện có nhiều nguyên công nh : Tiện thô,
tiện tinh, cắt Khi thay đổi nguyên công đó ta ta phải cho dừng máy hoặc
chạy không tải. Để chế độ làm việc nguyên công khác.
Dạng gia công trên máy tiện đợc thể hiện nh hình 1.1
II. đặc điểm
phụ tải của
máy tiện
đứng .
Đặ c tính phụ tải
của máy tiện có
dạng : M
c
=

/1
P = const
Với truyền động chính của máy tiện phụ vào yêu cầu công nghệ và tính
chất phụ tải quyết định đến phơng pháp điều chỉnh tốc độ. Trên máy tiện đứng
chi tiết gia công có đờng kính lớn và đợc đặt trên mâm cặp nằm ngang hay
trục mâm cặp nằm theo phơng thẳng đứng.Do trọng lợng mâm cặp và trọng l-
ợng chi tiết lớn. Nên lực ma sát ở gờ trợt và lực ma sát ở hộp ma sát khá lớn vì
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
2
1
2
S

t
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính máy tiện đứng là tổng các
thành phần lực cắt và lực ma sát .
Trong quá trình cắt gọt nếu vận tốc cắt tăng và lực cắt tăng thì công suất
cắt tăng rất lớn sẽ gây va đập mạnh giữa dao và chi tiết sẽ không
đảm bảo yêu cầu công nghệ. Để đảm bảo yêu cầu công nghệ thì truyền động chính
của máy tiện phải có công suất không đổi khi tốc độ thay đổi còn mô men tỷ lệ
nghịch với tốc độ nh vậy ở tốc độ thấp mô men có thể lớn.
Ta có đồ thị phụ tải của truyền động chính máy tiện nh hình vẽ 2
Để hệ thống truyền động có điều chỉnh với chất lợng tốt thì cần có đặc
tính điều chỉnh gần giống với đặc tính cơ của máy. Khi đó động cơ đợc sử
dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải với mọi tốc độ.
.

Đ1-3 khái niệm
chung về máy tiện
đứng t1565

Máy tiện T1565 là một
máy tiện đứng loại nặng chi
tiết gia công có đờng kính
lớn và đợc đặt trên mâm cặp nằm ngang.
i. các truyền động trên máy tiện
1 . truyền động chính .
Là truyền động quay tròn của trục chính giá chi tiết gia công.
Đặc tính tải : M
c
=1/n
P
c
= Const
Máy tiện T1565 là máy có công suất lớn nên có yêu cầu điều chỉnh tốc
độ bằng phơng pháp điện và có phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp vì vậy phải
dùng động cơ một chiều kích từ độc lập, điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp
thay đổi từ thông động cơ.
2 . truyền động ăn dao .
Truyền động tịnh tiến của bàn dao với truyền động ăn dao thờng yêu cầu
pham vi điều chỉnh rộng. Với máy tiện T1565 có công suất lớn nên truyền
động ăn dao phải yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp điện và sử dụng
động cơ truyền động riêng thờng là động cơ một chiều kích từ độc lập. Điều
chỉnh tốc độ bằng phơng pháp thay đổi từ thông mạch phần ứng động cơ.

3 . các truyền động phụ .

Là các truyền động hỗ trợ cho quá trình gia công chi tiết. Các truyền
động phụ bao gồm :
+ Truyền động bơm dầu bôi trơn.
+ Truyền động bơm nớc làm mát.
+ Truyền động gạt phoi.
+ Truyền động di chuyển nhành bàn hay ụ.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
3
0

min

max

P
c
M
c
M
c
, P
c
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

ii. đặc tính kỹ của động cơ truyền động chính .
1 . phạm vi điều chỉnh .
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của trục chính:D =
max
/

min
;D <(40 ữ125)/1.Truyền
động cho trục chính dùng động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất 100(kw)
quá trình truyền động từ động cơ đến trục qua hộp thay đổi tốc độ. Có ba cấp thay
đổi tốc độ :
+ Cấp thứ nhất : ở tốc độ quay thấp nhất của động n
dc
=300 (v/ph). Thì ở
trục chính có tốc độ n
t
= 1 (v/ph). ở tốc độ quay lớn nhất của động cơ
n
maxđc
= 1500(v/ph). Thì trục tốc độ n
t
=5 (v/ph).
+ Cấp thứ hai : Tốc độ nhỏ nhất ở cấp tốc độ này bằng tốc độ cao nhất ở cấp
tốc độ thứ nhất và tốc độ quay lớn nhất là : n
t
=25(v/ph).
+ Cấp thứ ba : Tốc độ nhỏ nhất cấp tốc độ này bằng tốc độ lớn nhất ở cấp
tốc độ thứ hai. Và tốc độ lớn nhất ở cấp tốc độ này n
max
=125 (v/ph). Vậy ta
thấy rằng khi ta điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp cơ khí có thể đạt 25:1.
Do vậy phạm vi điều chỉnh là :
D = D
d
.d =25.5 = 125 :
2. độ trơn khi điều chỉnh .

Trị số tốc độ lân cận của truyền động chính có đợc khi điều chỉnh tốc độ
bằng cơ khí (có cấp) khác nhau năm lần tức là 1:5:25:125 (tơng ứng tốc độ
quay của động cơ ). Kết hợp hai phơng pháp điều chỉnh cả cơ và điện ta sẽ điều
chỉnh đợc vô cấp. Với D = 125:1 .Khi đó độ trơn khi điều chỉnh là : 1
iii. hệ thống truyền động điện.
2. 1. hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động
chính .
Hệ thống cung cấp điện cho động cơ truyền động chính của máy tiện
T1565 dùng hệ thống chỉnh lu bán dẫn cung cấp điện áp một chiều cho động
cơ một chiều kích từ độc lập. Động cơ có công suất : P = 100(kw). Điều
chỉnh tốc độ động cơ bằng phơng pháp điện khí hoá thay đổi từ thông kích từ
động cơ. Điều chỉnh từ thông bằng cách thay đổi điện áp kích thích đặt lên
cuộn kích từ chỉnh lu bán điều khiển dùng hai tiristođiôt và hai điôt.
2. đặc điểm của hệ thống truyền động điện .
Hệ thống truyền động điện phải đáp ứng đợc các yêu cầu cơ bản sau:
+ Công suất cắt không đổi: P = const.
+ Độ trơn khi điều chỉnh: 1
+ Truyền động chính phải đợc đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết
theo cả hai chiều .
+ Khởi động và hãm dừng phải êm. Tránh va đập trong trờng hợp giảm tốc độ
bằng cơ khí Truyền động chính phải dừng sau truyền động ăn dao.

Phần hai
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
4
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Thiết kế sơ đồ nguyên lý

Đ 2-1 mục đích và ý nghĩa
I.mục đích :
Chọn đợc hệ thống truyền động chính cho máy tiện có thể đáp ứng đợc các
tính năng kỹ thuật cần thiêt thực hiện các thao tác trên máy đơn giản, tiện lợi
trong việc tiến hành, sử lý các nguyên công để đáp ứng đợc chất lợng công
nghệ nh hãm dừng chính xác, đảo chiều quay êm khi cần thiết.
Chọn đợc loại động cơ có khả năng đáp ứng loại phụ tải của máy tiện,
không gây lãng phí về năng lợng, giảm đợc tổn thất khi gia công. Chọn đợc
loại động cơ có tính năng kỹ thuật cao thuận tiện cho việc điều chỉnh, điều
khiển các thông số kỹ thuật cần thiết nh tốc độ.
Thiết kế đợc hệ thống điều chỉnh phù hợp với các yêu cầu phụ tải, chọn
đợc phơng án điều chỉnh tối u. Sử dụng thuận tiện giá thành rẻ.
ý nghĩa .
Để đáp ứng đợc các yêu cầu cơ bản trong hệ thống máy tiện T1565 ta đa
ra các phơng án sử dụng các hệ thống truyền động khác nhau sử dụng các loại
động cơ khác nhau nh sử dụng động cơ không đồng bộ có hệ biến áp - động
cơ, biến tần - động cơ, sử dụng động cơ một chiều có hệ máy phát động cơ (F
- Đ). Khuyếch đại từ-Động cơ (kĐT- ĐC). Van Động cơ (V-Đ). Nhng các hệ
này cũng có các u, nhợc điểm khác nhau. Do đó mức độ phù hợp với yêu cầu
chất lợng công nghệ của từng loại tải khác nhau. Vì vậy việc lựa chọn, thiết kế
sơ đồ nguyên lý cho truyền động chính máy tiện T1565 là rất cần thiết, nó
mang ý nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật và kinh tế cho cả hệ thống truyền
động của máy trong cả quá trình sản xuất.
Đ2-2 chọn động cơ truyền động
Để chọn đợc loại động cơ truyền động phù hợp với yêu cầu truyền động
ta đi xét các đặc tính cơ bản của các loại động cơ. Tuy nhiên việc
xét hết tất cả các đặc tính của động cơ là rất phức tạp mà trong kiều kiện thực

tế hiện nay thờng sử dụng hai loại động sau: Động cơ một chiều kích từ độc
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
5
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

lập và động cơ không đồng bộ ba pha mang tính phổ biến vì nóp thuận tiện
trong sử dụng và có tính kinh tế cao. Vì vậy ta sẽ đi xét hai loại động cơ này
cho truyền động chính máy tiện T1565.
I. động cơ một chiều kích từ độc lập .
Sơ đồ nguyên lý (hình 2).
Ta có phơng trình đặc tính cơ:
( )
2

+


=
K
RR
K
U
fu
u

Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy Có
ba thông số ảnh hởng đến đặc tính cơ đó là:
- Từ thông động cơ ().
- Điện áp phần ứng (U).

- Điện trở phần ứng.
Sau đây ta sẽ lần lợt đi xét những ảnh hởng của từng tham số đó:
a- ảnh hởng của điện trở phần ứng : Giả thiết : U=U
đm
=const
=
đm
=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tởng :

0
=
Const
K
U
dm
dm
=

Độ cứng đặc tính cơ:
=
Var
RR
KM
fu
=
+

=

2
)(

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

tn
= -
u
R
K
2
)(
Ta thấy độ cứng đặc tính cơ tự nhiên có
giá trị lớn nhất vậy khi ta thay đổi điện trở
phụ R
f
ta đợc một họ đặc tính biến trở (hình
3).ứng với phụ tải M
c
nào đó nếu R
f
càng lớn
thì tốc độ động cơ càng giảm.Đồng thời dòng
điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng

giảm . Nên ngời ta thờng dùng phơng pháp
này để hạn chế dòng điện và
điều chỉnh tốc độ động cơ.
a. ảnh hởng của điện áp phần ứng : Giả
thiết : =
dm
= const
R = const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : U<U
đm
ta có:
Tốc độ không tải lý tởng :
Var
K
U
dm
x
x
=

=
0

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

=

2
)(

Nh vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc
tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 4). Ta thấy khi thay đổi điện áp
(giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
6
U
ĐC
L
d
;R
d
C
KD
+
-
-+
01

02

03

o

T

N
R
f
1
R
f
2
M
0
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

ứng với phụ tải nhất định. Do đó phơng pháp này cũng có thể sử dụng để điều
chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động.

Hình 4 - Đặc tính cơ khi thay
đổi điện áp phần ứng
b. ảnh h- ởng của từ thông : giả thiết :
U = U
dm
= const
R

= const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (I
kt
) động cơ.
Tốc độ không tải lý tởng:
x
dm

x
K
U

=
0

Độ cứng đặc tính cơ: =
Var
R
K
u
x
=

2
)(
Ta thấy khi thay đổi (giảm ) thì tốc độ động
cơ tăng còn giảm khi đó ta có họ đặc tính cơ
(hình 5) với
ox
tăng dần còn độ cứng đặc tính cơ
giảm dần khi giảm từ thông. Ta có:
Dòng ngắn mạch:
Const
R
U
I
U
dm

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

Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy có các thông số ảnh hởng đến đặc tính
cơ bao gồm:
+ ảnh hởng của điện trở, điện kháng phụ mạch stato.
+ ảnh hởng điện trở mạch rôto.
+ ảnh hởng của suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ .
+ ảnh hởng của tần số lới cấp cho động cơ .
+ ảnh hởng của việc thay đổi số đôi cực (sảy ra đối với động cơ có nhiều
cấp tốc độ).
Sau đây ta sẽ lần lợt đi xét các ảnh hởng trên.
a. ảnh hởng điện trở , điện kháng phụ mạch stato :
khi ta nối thêm điện trở, điện kháng vào mạch stato thì
1
= const. S
th
giảm M
th
giảm và có đặc tính cơ nh (hình 6). ứng với một giá trị tải nào đó thì
tốc độ động cơ sẽ giảm nhanh.Phơng pháp thay đổi điện trở, điện kháng phụ
này thờng đợc sử dụng để hạn chế dòng khởi động.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
7

01

02

03

1

2


0
đm

2

1

0

U
đm
U
1
U
2
M
Hình 5 - Đặc tính cơ khi
Thay đổi từ thông
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

(Hình 6- Đặc tính cơ khi
đổi điện trở,
điện kháng mạch stato).
b. ảnh hởng của
suy giảm điện áp lới cấp

cho động cơ :
Từ phơng trình đặc
tính cơ ta thấy mômen tới hạn sẽ giảm bình phơng lần độ suy giảm của điện áp lới
trong khi đó tốc độ đồng bộ
1
giữ nguyên và độ trợt tới hạn S
th
không thay đổi:

1
=
Const
P
f
=
1
2


S
th
=
22
1
2
2
n
Xr
R
+

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

1
=
P
f
1
2


=
1
(1- S
1
)
Để thay đổi số đôi cực ở stato ta thay đổi cách đấu dây. Nếu thay đổi
số đôi cực P thì
1
thay đổi do đó tốc độ động cơ cũng thay đổi. Còn S
th
khôngphụ thuộc số đôi cực P nên không thay đổi nghĩa là độ cứng đặc tính
cơ vẫn giữ nguyên. Nhng vì thay đổi số đôi cực ta phải thay đổi cách đấu
dây mạch stato nên do đó mà tùy từng trờng hợp mà các hệ sốU
f

,R
1
, X
1
cũng thay đổi do đó cũng ảnh hởngtới M
th
.
Hình 8 - Đặc tính
cơ khi thay đổi số đôi
Cực của động
cơ không đồng bộ :
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
8


1
TN
r
f2
x
f2
r
f1
x
f1
M
nm
M
mn

M
0
P
2
P
1
P
2

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

d. ảnh hởng của điện trở mạch rôto:Đối với động cơ không đồng bộ rô
to dây quấn ngời ta thờng mắc thêm điệntrở phụ vào mạch rôto để hạn chế
dòng điện khởi động hoặc để điều chỉnh tốc độ động cơ.Khi đa R
2f
vào
mạch rôto thì:

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

+ R
2

/X
nm
R
2f
càng lớn, S
th
càng lớn thì càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng mềm (hình
9) ứng với tải nhất định thì tốc độ sẽ thay đổi nhanh hơn và phơng pháp điều
chỉnh tốc độ này là không trơn.
Hình 9 -
Đặc tính cơ biến trở
e. ảnh hởng khi
thay đổi tần số l- ới điện
cấp cho động cơ :
Từ biểu thức :
1
=
P
f
1
2


Ta thấy khi thay đổi f
1
thì

1
thay đổi do đó tốc độ động cơ thay đổi. Khi ta
tăng f
1
>f
đm


=
2
1
22
2
3
fL
UP
M
nm
th

Do vậy :
2
1
1
f
M
th

Trờng hợp khi cần tần số giảm f
1

<f
đm
Nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn (vì tổng trở của động cơ giảm theo tần số). Do
vậy khi giảm tần số ta phải giảm điện áp theo quy luật nhất định sao cho
động cơ sinh ra mô men nh trong chế độ định mức. Và để điều chỉnh tần
số ta phải sử dụng bộ biến tần kết hợp với máy biến áp.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
9
0
tn < ( R
f
=0)
b
R
f
# 0
Mth
Mc
M

o

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Hình 10 - Đặc
tính cơ khi

thay đổi tần số
độ ng
cơ không đồng
bộ .

III. chọn
động
cơ truyền động chính
Qua phân tích đặc tính của hai loai động cơ ta thấy động cơ một chiều
kích từ độc lập có thể thay đổi tốc độ bằng phơng pháp thay đổi điện áp phần
ứng, thay đổi từ thông kích từ. Có thể điều chỉnh trơn dễ dàng. Còn động cơ
không đồng bộ cũng có thể điều chỉnhtốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ
stato, rôto, điện áp nguồn, thay đổi tần số. Nhng đối với động cơ không đồng
bộ có nhợc điểm là điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó
khăn. Mặt khác theo yêu cầu
của máy tiện và tính năng của hai loại động cơ trên ta thấy động cơ một chiều
kích từ độc lập có nhiều u điểm về tính năng sử dụng và dể dàng điều chỉnh
tốc độ hơn mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn. Đồng thời lại
đạt chất lợng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh. Vì vậy ta sẽ động cơ một
chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động chính cho máy tiện T1565.
Đ 2 -3 chọn phơng án điều chỉnh tốc độ
Để có thể chọn đợc phơng án điều chỉnh tốc độ hợp lý cho máy tiện ta đi
phân tích hai phơng pháp điều chỉnh tốc độ nh sau:
- phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng.
- phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ.
I . phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng .
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều ta cần có các thiết bị
nguồn nh máy phát điện một chiều kích từ độc lập các bộ chỉnh lu điều
khiển v.v Các thiết bị này có chức năng biến năng lợng điện xoay chiều
thành năng lợng điện một chiều có sức điện động E

b
điều chỉnh đợc nhờ tín
hiệu điều khiển U
đk
.
Ta có phơng trình đặc tính cơ ở chế độ xác lập:
E
b
- E = I
b
(R
b
+ R
đ
)
=
u
dm
udb
dm
b
I
K
RR
K
E

+

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
10


01

02
0

03
M
c
M
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

=
0
(U
đk
) -

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

max
=
0max

-

dm
M

min
=
0min
-

dm
M

Vì họ đặc tính cơ
là các đờng thẳng
song song nhau nên ta
có:

min
=
)1(
M
dm
K
M




1

1
max0


=
M
dm
K
M
D

Ta thấy
0max
, M
đm
, K
m
. Là các số xác định vì vậy phạm vi điều chỉnh D
phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng . Mặt khác với các tải có đặc
tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh không lớn. Vì vậy đối
với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ
làm việc thì không thể sử dụng đợc.
Trong phạm vi phụ tải cho phép nếu coi các đặc tính cơ tĩnh là tuyến tính
thì khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là
nh nhau do đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất
của dải điều chỉnh. Ta thấy rằng trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp thì từ
thông đợc giữ nguyên do đó mô men tải cho
phép của hệ sẽ là không đổi M
c.cp
= M

đm
Vì

vậy thờng sử dụng phơng pháp
điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần ứng đối với những hệ
truyền động có mô men tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
11
M

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

0max

min

0min
U
đk
Uđi
M
đm
M
đmmin
0
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

II. phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ .

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ là điều chỉnh mô men điện từ
của động cơ: M = K..I và sức điện động quay của động cơ. E = k.. .
Khi điều chỉnh từ thôngta đợc họ đặc tính cơ nh hình vẽ :
Giả thiết ban đầu
động cơ đang làm việc
với dòng kích từ định
mức và và tải là M
c
. Khi
đó điểm làm việc sẽ
là điểm a trên đặc tính
tự nhiên tơng ứng với tốc độ
1
. Nếu ta nối thêm điện trở R
f
vào mạch kích từ
thì dòng kích từ sẽ giảm và từ thông <
đm.
. Vì quán tính cơ học nên tốc độ
biến đổi chậm hơn từ thông do đó sức điện động phần ứng giảm xuống và
dòng điện phần ứng tăng lên.
Nếu từ thông chỉ giảm trong một phạm vi đủ nhỏ nào đó thì sẽ sảy ra hiện
tợng làm tăng mô men cuả động cơ nghĩa là mô men M
b
của động
cơ lúc đó lớn hơn mô men tải. M
b
> M
c
. Và truyền động sẽ tăng tốc. Mặt khác

do tốc độ tăng nên sức điện động phần ứng giảm.
Kết quả là mô men của động cơ giảm dần cho tới khi cân bằng với mô
men tải thì hệ sẽ làm việc xác lập với tốc độ
2
>
1
(điểm a

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

ứng với tốc độ
3
<
1
.
Nh trên ta thấy khi giảm từ thông tốc độ động cơ có thể tăng và cũng có
thể giảm. Nhận xét đó đúng vớ tải M
c
= const hoặc M
c

là hàm tăng của tốc
độ.
Nếu mô men tải là hàm giảm của tốc độ M
c
= 1/
c
thì có thể tốc độ chỉ
tăng đơn trị từ thông càng giảm, tốc độ càng tăng do đó dòng I nằm ở mức
không gây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá.
Để thấy rõ mối quan hệ giữa tốc độ với từ thông và mô men tải ta xét tr-
ờng hợp M
c
= const.
Từ phơng trình đặc tính cơ với : R = const
M
c
= const
Ta có :
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
12


02

01

2

0

3

1

2

1

a
'

b

đm

a

đ

M
đ

M
c

M
b

M

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

=
22
)()(


=


K
B
K
A
K
RM
K
U
uc
(1)
Nh vậy: = f(K) là một hàm đa trị. Nó đạt cực trị khi: d/k = 0 T-
ơng ứng với k cực trị.
K
ct
=
nm
cuc
I

M
U
RM
2
2
=

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



Tốc độ sẽ bằng không khi K = K

0
.
Từ (1) ta tìm đợc:
K
0
=
ct
nm
ccu
K
I
M
U
MR
==
2
1
Vậy ta thấy rằng với M
c1
nào đó khi giảm từ thông từ giá trị K
đm
tốc độ
sẽ tăng. Khi K = K
ct
thì tốc độ đạt cực đại . Sau đó nếu tiếp tục giảm từ
thông thì tốc độ sẽ giảm và khi K = K
0
thì tốc độ bằng không.
Nếu giảm mô men tải (M
c2

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

(K)
2

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

=
KU
RMM

ucc
1
.
1
.
0

Nh vậy độ chính xác duy trì tốc độ không cao.
Vì mạch kích từ có công suất nhỏ bằng (2 ữ 5)% công suất định mức của
động cơ. Nên có thể thực hiện điều chỉnh tinh hoặc vô cấp cũng có thể không
cần sử dụng điện trở phụ R
f
mà sử bộ điều áp lấy từ bộ thiết bị biến đổi để
điều chỉnh kích từ. Khi đó ta có khả năng tự động hoá hệ thống và tạo đợc
những đặc tính tốt.
Với việc điều chỉnh kích từ nói chung giải điều chỉnh không rộng. Tốc độ
nhỏ nhất
min
bị chặn bởi đặc tính tự nhiên (khi =
đm
) Tốc độ lớn nhất

max
bị giới hạn bởi độ bền cơ khí và điều kiện chuyển mạch của động cơ.
Những động cơ thông dụng chỉ cho phép
max
1,5
đm
. Nghĩa là D 1.5.
Các động cơ đặc biệt có thể có giải điều chỉnh từ 4 ữ 8.

III. chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ.
Qua phân tích nh trên ta thấy: Với phơng pháp điều chỉnh điện áp phần
ứng động cơ thì độ cứng đặc tính cơ trong toàn dải là nh nhau. Vì trong suốt
quá trình điều chỉnh điện áp từ thông kích từ đợc giữ nguyên do đó mômen
tải cho phép của hệ thống sẽ là không đổi M
c.cp
= M
đm
. Vì vậy ngời ta thờng
sử dụng phơng pháp này với những trờng hợp M
c
=const trong toàn dải điều
chỉnh. Còn với những hệ thống truyền động điện có mô men tải là hàm giảm
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
13
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

của tốc độ M
c
= 1/ thì ta có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ
thông kích từ. Với phơng pháp này có thể tốc độ chỉ tăng đơn trị, từ thông
càng giảm tốc độ càng tăng. Do đó dòng điện phần ứng (I) nằm ở mức không
gây sụt áp và sụt tốc độ lớn quá và mô men vẫn đảm bảo khả năng quá tải
(trong khoảng thời gian ngắn).
Vậy ta thấy với hệ thống truyền động điện của máy tiện T1565 có:
P = cons
M = 1/
Phù hợp phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thông kích từ. Vậy
ta sẽ sử dụng phơng pháp này để điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động chính

của máy tiện T1565.
Đ2-4 chọn bộ biến đổi mạch phần ứng và mạch
chỉnh lu
I - chọn bộ biến đổi mạch phần ứng .
Bộ biến đổi phần ứng là mạch cung cấp nguồn một chiều ổn định cho
phần ứng động cơ.
Mạch phần ứng có thể đợc sử dụng bằng các hệ thống khác nhau nh: Máy
phát một chiều, bộ biến đổi van, thiết bị khuyếch đại từ, mạch xung áp. Tuy
nhiên ta chỉ đi xét hai hệ thống biến đổi đó là: Hệ thống van và hệ thống máy
phát một chiều.

1- máy phát một chiều .
Với máy phát một chiều có đặc điểm là giải điều chỉnh rộng có thể nâng
cao độ cứng đặc tính cơ nhờ sử dụng hệ thốnh truyền động tự động và giảm
sai lệch tĩnh S%. Đặc biệt có u điểm là linh hoạt trong việc chuyển đổi chế độ
làm việc. Dễ dàng tạo ra hệ thống với chất lợng cao. Tuy nhiên việc sử dụng
máy phát có nhợc điểm là công suất đặt thờng lớn hơn công suất yêu cầu gấp ba lần
và do sử dụng máy điện quay nên tiếng ồn rất lớn, chiếm nhiều diện tích lắp đặt, nền
móng lắp đặt phải chắc.
2. hệ thống van - động cơ .
Bộ biến đổi van tạo ra nguồn một chiều chỉnh lu từ nguồn xoay chiều sử
dụng các van bán dẫn. Bộ biến đổi van có u điểm là tác động nhanh, tổn thất
ít, không gây tiếng ồn, không đòi hỏi cao về nền móng, đặc biệt có kích thớc
nhỏ gọn, có hệ số khuyếch đại cao có thể tạo ra hệ thống tự động vòng kín.
Tuy nhiên nó cũng có các nhợc điểm là khi chuyển đổi trạng thái làm việc
không linh hoạt, đảo chiều khá phức tạp, khả năng quá tải về dòng và áp kém,
sức điện động của bộ biến bổi có độ đập mạch lớn do đó gây tổn hao phụ và
làm xấu điều kiện chuyển mạch trên cổ góp động cơ.
Từ việc phân tích trên ta thấy bộ biến đổi van có những nhợc điểm tuy
nhiên ta có thể khắc phục đợc. Mặt khác nó cũng có nhiều u điểm hơn hẳn bộ

biến đổi sử dụng máy phát vì vậy ta sẽ sử dụng bộ biến đổi van cung cấp
nguồn một chiều cho động cơ.
II. chọn mạch chỉnh lu .
Có nhiều sơ đồ chỉnh lu đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ tuy nhiên ở mỗi
sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lợng khác nhau và giá thành cũng khác nhau vấn
đề đặt ra là làm sao lựa chọn cho phù hợp với yêu cầu công nghệ. Các sơ đồ
chỉnh lu gồm các sơ đồ một pha và sơ đồ ba pha.
Sơ đồ một pha có giá thành rẻ, chất lợng lợng điện áp ra kém, góc mở lớn,
truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn, do đó đòi hỏi góc mở dao động
rộng.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
14
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Sơ đồ ba pha có giá thành đắt hơn sơ đồ một pha, mạch điều khiển phức
tạp hơn tuy nhiên chất lợng điện áp ra tốt hơn nó hoàn toàn đáp ứng đợc yêu
cầu công nghệ của máy tiện. Để thấy đợc u, nhợc điểm của từng loại sơ đồ sau
đây ta sẽ đi xét từng loại sơ đồ.
1. sơ đồ chỉnh lu hình tia ba pha có đi ôt D
0

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

; U
d
=
( )
[ ]
3
301
0
0
++
+

Cos
U
d
I
vtb
=

2
6
5







d
I
; I
vtbmax
=
3
d
I
U
vthmax
=
2max2
.6;.2 UUU
vng
=

U
D0ngmax
=
2

.2 U
; U
vngmax
=
2
.2 U
I
D0tb
=



2
6
3.






d
I
; I
D0max
= I
d
. Sơ đồ
chỉnh lu
hình cầu ba

pha .
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
15
I
d
*
*
*
*
*
*
A
B
C
BA
U
đ
R
d
L
d
E
d
D
0
A
B
C
V
1

V
4
V
3
V
5
V
2
V
6
I
d
R
d
E
d
U
d
L
d
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Các giá trị đầu ra đợc xác định:
U
d0
=
2
).
6.3

( U

U
d
= U
đ0
. Cos

I
vtb
=
3
d
I
; I
vtbmax
=
3
d
I
U
vthmax
=
2
.6 U
; U
vngmax
=
2
.6 U

S
ttBA
=
dd
IU
3

Trong các biểu thức trên = 0.
Giản đồ dòng và áp trên các van nh hình sau:
Kết luận : Từ các biểu thức trên ta thấy: Mạch chỉnh lu hình cầu ba pha
cho ta chất lợng điện áp đầu ra cao hơn, bằng phẳng hơn sơ đồ chỉnh lu hình
tia ba pha do đó ta sẽ chọn sơ đồ chỉnh lu hình cầu ba pha. Vì với sơ đồ này ta
có thể không cần sử dụng máy biến áp. Khi có nguồn phù hợp ta chỉ cần sử
dụng các cuộn kháng để hạn chế dòng điện ngắn mạch và tốc độ tăng của
dòng điện anôt chỉnh lu.
Đ2-5 chọn phơng pháp hãm dừng .
Hãm là một trạng thái mà động cơ sinh ra mô men quay ngợc chiều tốc
độ quay của rôto. Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở trạng
thái máy phát .
Động cơ điện một chiều có ba trạng thái hãm:
- Hãm tái sinh.
- Hãm ngợc.
- Hãm động năng.
I. hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng tích lũy đợc
thành điện năng trả về lới.
Hãm tái sinh sảy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tởng nhờ
phụ tải có tính thế năng. Khi hãm tái sinh E > U
1
động cơ làm

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
16
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

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


=

01
< 0.
M
h
= k..I
h
<0
Phơng trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:
=
hn
M
K

R
I
K
R
2
00
)(
+=

+

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

II. hãm ngợc .
Hãm ngợc là một trạng
thái máy phát của động cơ khi
rôto quay ngợc với chiều
quay t- ơng ứng của điện áp
nguồn gây ra. Trạng thái
hãm ngợc sảy ra hai trờng hợp:
1. Đa thêm điện trở phụ mạch phần ứng .
khi ta đa thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ
sao cho mô men ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mô men cản. Trờng
hợp này chỉ xảy ra với tải thế năng.
2. đảo chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang
quay :

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

11

<0
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
17
M
A
B
C
L
d
I
h
E
HTS

c

x
U
1
I

E
U
1
M
c
0

Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

M
hđb
= KI
h
< 0
III. hãm
động
năng .
Hãm động
năng là một
trạng thái máy phát
mà năng lợng cơ
học của động cơ
đã đợc tích luỹ
trong quá trình làm
việc trớc đó biến
thành điện năng tiêu tán trong mạch vòng phần ứng không liên quan tới lới dới
dạng nhiệt.
Hãm động năng sảy ra nh sau: Khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng động cơ
ra khỏi lới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm R
h
còn mạch kích từ
vẫn đóng vào nguồn điện nh cũ để tạo ra =const.
Tại thời điểm cắt phần ứng ra khỏi lới điện. Do động năng đã tích luỹ đợc
ở quá trình làm việc trớc đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban
đầu
bđ
và sức điện động ban đầu E
bđ

=K
bđ

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

=
+


M
hbđ
= KI
hbđ
< 0
Do điện áp đặt vào phần ứng lúc hãm bằng
không nên phơng trình đặc tính cơ có dạng:
=
h

hu
M
K
RR
.
)(
2

+

= -
hu
RR
K
+
)(
Ta thấy độ cứng đặc tính cơ phụ thuộc trị số R
h
. Khi =const. R
h
càng nhỏ thì đặc
tính cơ càng cứng, mô men hãm càng lớn hãm càng nhanh.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
18

a
TN
b
M
M

c1
M
c2

1
HN

0
c
d
Hình 15 - Đặc tính của động cơ một chiều kích
t độc lập khi hãm ng ợc bằng cách thay đổi điện
áp đặt vào phần ứng động cơ.

a
b

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

Trên đặc tính ta thấy với M
c
là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn. Đoạn
đặc tính hãm động năng là đoạn b
1
0, hoặc đoạn b
2
0. Với M

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

Kết luận: Ưu điểm của phơng pháp hãm động năng kích từ độc lập là tiêu
thụ ít năng lợng từ lới. Năng lợng chủ yếu đợc tạo ra do động năng của động
cơ đã tích lũy đợc. Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ
rất nhỏ thờng: P = (1 ữ 1.5)%P
đm
.
Và động cơ động cơ làm việc nh một máy phát độc lập với lới toàn bộ cơ
năng đợc biến thành điện năng tiêu tán trên điện trở tổng mạch phần ứng dới
dạng nhiệt.
Phơng trình cân bằng công suất: EI = (R + R
h
)I
2

Ta thấy rằng với phơng pháp hãm này đơn giản, dễ thực hiện, có thể thực
hãm bằng các tiếp điểm thuận nghịch của công tăc tơ đảo chiều để tách phần
ứng động cơ ra
khỏi nguồn để
hãm dừng. Vậy
ta sử dụng phơng
pháp hãm động
năng kích từ độc
lập để hãm dừng
động cơ truyền
động chính của
máy tiện T1565.
Đ 2-6 sơ đồ
nguyên
lý mạch
phần ứng
và phơng
pháp hạn
chế dòng
điện khi khi
khởi
động
I. sơ đồ
nguyên
lý mạch
phần
ứng:
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
19

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

D
1R
G1
2R
G1
2R
G2
1R
G2
RI
R
f1
R
f2
R

h
CK
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

II- Giới thiệu sơ đồ
Máy tiện T1565 là một máy tiện đứng có công suất tơng đối lớn nguyên lý
mạch phần ứng nh hình 17. Sơ đồ bao gồm:
Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập. Là động cơ truyền động chính
động cơ đợc cấp điện từ bộ chỉnh lu cầu ba pha.
CK : Là cuộn kháng trong mạch nguồn xoay chiều dùng để hạn chế tốc độ
tăng của dòng qua van.
AT : áp tô mát dùng để đóng cắt nguồn cung cấp cho bộ biến đổi. Và bảo
vệ bộ biến đổi khi sảy ra ngắn mạch.
R
f1
, R
f2
: Là các biến trở phụ dùng để hạn chế dòng điện khi khởi động
động cơ .
R
h
: Là điện
trở hãm động
năng.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
20
T
N
K

1G
2G
Hình 18: Sơ đồ mạch khống chế máy tiện T1565
N
T
RI
N
T
1RG
2RG
MT
MN
-+
D
N
T
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

I. phơng pháp hạn chế dòng điện khởi động .
Khi khởi động dòng điện khỏi động thờng rất lớn. Mặt khác khi khởi
động từ thông khi đó còn thấp vì vậy dòng điện khởi động thờng rất lớn vì vậy
ta cần phải khống chế dòng điện. Việc khống chế dòng
điện có thể thực hiện theo nguyên tắc dòng điện. Vì ta điều chỉnh tốc độ theo
phơng pháp thay đổi từ thông nên ở ta sử dụng nguyên tắc rung giảm từ thông.
Quá trình khởi động đợc chia làm hai giai đoạn:
+ Khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ trên đặc tính tự nhiên bằng
cách đa điện trở phụ vào mạch phần ứng khống chế tự động theo nguyên tắc
tốc độ.
+ Tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên tốc độ làm việc có giảm từ

thông. Việc hạn chế dòng điện trong giai đoạn này đợc thực hiện bằng cách rung
giảm từ thông, tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện.
1. khởi động từ tốc độ bằng không lên tốc độ
trên đặc tính tự nhiên .
Giả thiết ta khởi động theo chiều quay thuận. Ta ấn nút khởi động thuận
T tác động mạch phần ứng động cơ đợc nối vào nguồn một chiều lấy từ
đầu ra của bộ chỉnh lu theo chiều thuận.
Tại thời điểm ban đầu 1G và 2G cha làm việc toàn bộ điện trở phụ đợc đa
vào mạch phần ứng động cơ. Từ thông động cơ
đc
có giá trị bằng 0,7
đm
. Và
động cơ bắt đầu tăng tốc. Khi tốc độ động cơ đạt giá trị bằng giá trị tác động
của rơ le 1RG 1RG có điện đóng tiếp điểm thờng hở mắc nối tiếp từ cuộn
1G 1G có điện đóng các tiếp điểm thờng hở 1G. Nối ngắn mạch cấp điện
trở phụ thứ nhất. Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính thứ hai với cấp
điện trở R
f2
. Đồng thời 2RG đợc cấp điện. Động cơ vẫn tiếp tục tăng tốc đến
khi đạt đến tốc độ n
2
thì điện áp đặt lên 2RG cũng đủ giá trị tác động 2RG
có điện đóng tiếp điểm thờng hở của nó nối tiếp với cuộn dây 2G 2G có
điện nối ngắn mạch tiếp các điện trở phụ R
f2
Động cơ đợc chuyển sang
khởi động trên đặc tính tự nhiên Tốc độ tăng I giảm dần. Khi dòng phần
ứng động cơ giảm xuống bằng giá trị trở về của rơ le dòng điện RI thì rơ le
R cha làm việc khi đó ta có U

cđ
= 0, nên tốc độ tăng
n
U
đk
giảm
tăng. Và tăng từ 0.7
đm
ữ =
đm
.
2. tăng tốc từ tốc độ trên đặc tính tự nhiên lên
tốc độ làm việc có giảm từ thông .
Khi động cơ làm bắt đầu khởi động trên đặc tính tự nhiên thì dòng điện còn lớn
nên RI còn đang tác động dẫn đến K mất điện R mất điện U
cđ
= 0 .
Khi tốc độ tăng dần dẫn đến dòng điện giảm dần và khi I = I
tv
(giá trị trở
về của RI) thì RI nhả K mất điện R có điện xuất hiện U
cđ
động
cơ khởi động ở giai đoạn hai. U
đk
tăng tăng U
kt
giảm giảm
tốc độ tiếp tục tăng. Trong khoảng thời gian này thông thờng sự giảm của
diễn ra nhanh hơn sự tăng của tốc độ làm cho sức điện động giảm làm I

tăng.
Nếu I tăng đến giá trị tác động của RI RI làm việc K mất điện R
mất điện. Nguồn cung cấp điện áp chủ đạo đợc cắt ra do sự phóng điện của C
3
qua WR và R
2
và U
cđ
giảm xuống (không mất ngay ) U
cđ
giảm U
đk
tăng
giảm U
kt
tăng tăng E tăng I giảm.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
21
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Khi I

giảm bằng giá trị trở về của rơ le RI RI nhả K có điện R
có điện nguồn cung cấp chủ đạo lại đợc đóng vào mạch phân áp chủ đạo
C
3
lại đợc nạp U
cđ

tăng giảm. Quá trình diễn ra đợc lặp lại một số lần
cho đến khi RI giảm mà tốc độ động cơ đạt giá trị đủ lớn dòng qua phần ứng
động cơ tăng và đạt đến giá trị RI thì RI ngừng làm việc điện áp chủ đạo bằng
giá trị đặt, Động cơ sẽ tăng tốc chuyển tới tốc độ làm việc. Quá trình khởi
động kết thúc. Nếu ta muốn điều chỉnh từ tốc độ thấp lên tốc độ cao hơn thì hệ
thống sẽ điễn ra giống nh ở giai đoạn hai của quá trình khởi động.
Đ 2-8 chọn bộ biến đổi mạch kích từ
chọn bộ biến đổi .
Để đơn giản cho mạch kích từ ta cũng sẽ chọn bộ biến đổi sử dụng các
van bán dẫn. Với máy tiện T1565 ta sử dung phơng pháp điều chỉnh tốc độ
bằn cách thay đổi dòng điện qua cuộn kích từ vì vậy ta cũng sẽ sử dụng bộ
biến đổi một chiều sử dụng các van có điều khiển.
I. chọn sơ đồ mạch chỉnh lu .
Vì cuộn kích từ có công suất nhỏ hơn công suất mạch phần ứng nên ta có
thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha có điều khiển hoặc bán điều
khiển. Để thấy đợc tính u, nhợc điểm của từng loại sơ đồ sau đây ta sẽ lần lợt
đi xét hai sơ đồ hình cầu một pha bán điều khiển và điều khiển hoàn toàn.
1. sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha điều khiển hoàn toàn
sơ đồ nguyên lý và giản đồ điện áp: (hình 18).
Trong sơ đồ này:
BA : Là máy biến
áp cung cấp điện áp
xoay chiều cho các
van T
1
T
4
dùng để
biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
E

đ
, L
đ
, R
đ
: Là các phần tử phụ tải.
U
1
, U
2
: Là điện áp trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA.
i
1
, i
2
: Là dòng điện trên cuộn sơ cấp và thứ cấp của MBA.
a. Nguyên lý làm việc của sơ đồ :
Xét với phụ tải L
đ
=
Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trớc thời điểm t = v
1
= thì trong
sơ đồ hai van T
3
, T
4
đang dẫn dòng. Tại t = v
1
= thì hai van T

1
, T
2
đồng
thời có tín hiệu điều khiển lúc đó điện áp trên hai van này đều thuận (U
T1
=
U
T2
= U
2
). Do vậy cả hai van này cùng mở. Hai van T
1
T
2
mở nên sụt điện áp
trên chúng giảm về bằng không.Và ta có:
U
đ
= U
2
; U
T3
= U
T4
= -U
2

Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
22

R
d

Ud
T
3
U
2
E
d
L
d
T
2
T
4
T
1
i
T4
i
T1
i
T3
i
T2
i
1
i
2

U
1
*
*
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

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

T1
= U
T2
= 0 ; U
T3
= U
T4
= -U
2
; i
T1
= i
T2
= i
đ
= I
đ
; i
T3
= i
T4
= 0
Đến t = thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác
động ngợc chiều với chiều dòng qua T
1
,T
2
. Đồng thời T

3
, T
4
lúc này có điện
áp thuận nhng vẫn cha mở vì cha có tín hiệu điều khiển vì vậy mà T
1
, T
2
vẫn
tiếp tục dẫn dòng bởi sức điện động sinh ra trong L
đ
dòng tải có su hớng
giảm.
Tại t = v
2
= + thì T
3
,T
4
đồng thời có tín hiệu điều khiển. Trên hai
van đang có điện áp thuận nên T
3
, T
4
mở. Khi hai van T
3
, T
4
mở thì sụt điện áp
trên nó giảm về băng không và ta có:

U
đ
= - U
2
; U
T1
= U
T2
= U
2

Và Tại T = + thì U
2
> 0 tức là T
1
, T
2
bị đặt điện áp ngợc và khoá
lại lúc này trong sơ đồ chỉ có hai van T
3
, T
4
khi hai van T
3
,T
4
làm việc ta có:
U
đ
= U

2
; U
T1
= U
T2
= U
2
; U
T3
= U
T4
= 0
i
T1
= i
T2
; i
T3
= i
T4
= i
đ
= I
đ
Đến = 2 thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng nó có
tác động ngợc với chiều dòng qua T
3
, T

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

, T
4
bị đặt điện áp ngợc và khoá lại. Từ thời điểm này sơ đồ lại lặp
lại trạng thái nh từ t = v
1
C. Các biểu thức tính toán.
U
đ
= U
d0
Cos

; U
đ0
=
22
9,0.
2.2
UU


I
T.tb
=
2
d
I
; I
T
=

2
d
I
U
thmax
= U
Tngmax
=
2
.2 U
; I
2
=
ba
d
K
I
; I
2
=
2
d
I
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
23
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

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

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

Giả thiết: Trớc thời điểm t = v
1
= thì trong sơ đồ có hai van T
2
và D
2
làm việc. Lúc đó ta có U
t1
= U
2
> 0 nhng T
1
còn cha mở vì cha có tín hiệu điều
khiển. Tại t = v
1
= thì T
1
có tín hiệu điều khiển T
1

có đủ hai điều kiện để
mở T
1
mở và cùng dẫn dòng cùng van D
2
. Do T
1
mở nên U
T1
giảm về bằng
0 vì vậy U
T2
= -U
2
< 0. Tức là T
2
bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại từ t = v
1
=
thì chỉ có T
1
, D
2
làm việc khi T
1
và D
2
cùng dẫn dòng ta có:
U
d

= U
2
; U
T2
= -U
2
; U
D1
= -U
2
; U
T1
= 0 ; U
D2
= 0
i
T1
= i
d
= I
d
; i
D2
= i
d
= I
d
; i
T2
= 0

Đến t = thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang âm nên D
2
sẽ bị đặt điện áp
ngợc nên khoá lại. Điện áp thuận đợc đặt lên D
1
và T
2
do T
2
cha có tín hiệu
điều khiển nên T
2
vẫn cha dẫn dòng còn D
1
mở. D
1
mở nên điện áp trên nó
giảm về bằng không (U
D1
= 0). Và ta có U
D2
= U
2
. Do T
2
cha mở mà điện áp L
d
có giá trị lớn (L = : ). Nên sức điện động tự

cảm sinh ra trong L
d
vẫn duy trì nên T
1
vẫn mở. Vậy từ t = trong sơ đồ
chỉ có hai van T
1
, D
1
mở lúc này ta có:
U
d
= 0 ; U
T1
= 0 ; U
D1
= 0 ; U
T2
= -U
2
; U
D2
= U
2

I
T2
= 0 ; i
D2
= 0 ; i

T1
= i
d
= I
d
; i
D1
= i
d
= I
d
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
24
R
d

Ud
T
2
U
2
E
d
L
d
D
2
D
1
T

1
i
D1
i
T1
i
T2
i
D2
i
1
i
2
U
1
*
*
Bộ môn tự động hoá Thuyết minh đồ án tốt
nghiệp

Từ t = + thì van T
2
có tín hiệu điều khiển lúc đó T
2
đang có điện áp
thuận nên T
2
mở van T
2
mở thì điện áp trên nó giảm về bằng không. Nên U

T1
=
U
2
< 0. Tức là T
1
bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại. Do vậy từ t = v
2
trong sơ
đồ chỉ có T
2
và D
1
cùng dẫn dòng khi hai van T
1
và D
2
dẫn dòng ta có:
U
T2
= 0 ; U
D1
= 0 ; U
d
= -U
2
; U
T1
= U
2

; U
D2
= U
2

I
T1
= 0 ; i
D2
= 0 ; i
T2
= i
d
= I
d
; i
D1
= i
d
= I
d
Đến t = 2 thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang dơng U
2
bắt đầu đặt điện áp
thuận lên T
1
và D
2

. Do T
1
cha có tín hiệu điều khiển nên T
1
vẫn khoá. Còn D
2
sẽ mở. D
2
mở điện áp trên nó giảm về bằng 0 và ta có U
D1
= -U
2
. Mà tại t =
2 thì U
2
đang chuyển sang dơng nên D
1
sẽ bị đặt điện áp ngợc nên sẽ khoá
lại. Mặt khác T
1
cha mở mà điện cảm L
d
có giá trị rất lớn nên sức điện động tự
cảm sinh ra trong L
d
để tiếp tục duy trì dòng tải làm T
2
vẫn mở do vậy từ t =
2 trong sơ đồ có hai van là T
2

và D
2
cùng đẫn dòng. Khi T
2
và D
2
dẫn dòng
ta có:
U
T2
= 0 ; U
D2
= 0 ; U
d
= 0 ; U
D1
= -U
2
; U
T1
= U
I
T1
= 0 ; I
D1
= 0 ; i
D2
= i
d
= I

d
; i
T2
= i
d
= I
Tại t = 2 + Thì T
1
có tín hiệu điều khiển nên T
1
mở. T
1
mở U
T1
giảm về
bằng không nên U
T2
= -U
2
< 0. T
2
bị đặt điện áp ngợc nên khoá lại. Do vậy từ
t = v
3
trong sơ đồ chỉ có T
1
và D
2
dẫn dòng sơ đồ lại lặp lại trạng thái làm
việc nh từ t = v

1
.
Kết luận: Qua việc phân tích trên ta thấy với sơ đồ hình cầu một pha điều
khiển hoàn toàn có điện áp ra một chiều bằng phẳng hơn song để mở các van
ta cần có bốn kênh điều khiển để mở các Tiristo vì vậy sẽ phức tạp hơn cho hệ
thống. Ta biết rằng với mạch kích từ đòi hỏi công suất không lớn lắm nên ta
có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha bán điều khiển sử dụng hai
tiristo và hai điôt với sơ đồ này nó cũng có thể đáp ứng đợc các yêu cầu trong
hệ thống mà ta chỉ cần sử dụng hai kênh điều khiển nên sẽ đơn giản cho mạch
điều khiển và sử dụng ít thiết bị hơn sẽ kinh tế hơn.
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
25