thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giường dùng t-đ 1 chiều

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Đề bài : Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giờng dùng T-Đ 1 chiều
Số liệu :
- V
thuận
= 35 m/ph
- V
ngợc
= 70 m/ph
-
024,0
v
=

=
-
81,0=
- Chiều dài hành trình 3 m
- Trọng lợng bàn 1000 kg
- Lực cắt F
Z
=30 kN
- Khối lợng chi tiết 1000 kg
- Hệ số ma sát
081,0=à

1
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Lời nói đầu
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện đại đã làm thay đổi
sâu sắc trong lĩnh vực truyền động điện tự động. Sự hoàn thiện của các thiết bị

điện tử công suất với kích thớc gọn nhẹ, sử lý nhanh nhạy, chính xác dễ dàng
đáp ứng những yêu cầu công nghệ khó khăn nhất mà thời điểm trớc không làm
đợc.
Để cho chúng em dần tiếp cận với khoa học hiện đại kết hợp với lý
thuyết môn học "tổng hợp hệ điện cơ", chúng em đợc làm đồ án môn học "tổng
hợp hệ điện cơ". Trong nội dung đồ án môn học này em xin trình bày việc thiết
kế truyền động cho bàn máy bào giờng dùng T-Đ một chiều với các thông số và
yêu cầu đã cho. Trong công nghiệp máy bào giờng là một công cụ không thể
thiếu.
Đồ án của em gồm các phần sau:
Chơng I: Yêu cầu công nghệ
Chơng II: Phân tích và lựa chọn phơng án
Chơng III: Tính chọn công suất động cơ và mạch lực
Chơng IV: Tổng hợp hệ thống truyền động và mô phỏng Simulink
Chơng V: Mạch điều khiển và tín hiệu hoá
Do tầm hiểu biết còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót,
em rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy và các bạn để bản
đồ án này hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Quốc Khánh đã tận tình giúp đỡ em
hoàn thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện: Lê Hoàng
Lớp : TĐH3 - K45
2
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Chơng I: Yêu cầu công nghệ
I. Giới thiệu về máy bào giờng:
Máy bào giờng là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn
có thể từ 1,5 đến 12m. Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân
máy bào giờng thành ba loại:
- Máy cỡ nhỏ : chiều dàI bàn L

b
< 3m, lực kéo F
k
= 30 -50 kN
- Máy cỡ trung bình : L
b
=4-5m, F
k
=50- 70 kN
- Máy cỡ nặng : L
b
>5m, F
k
>70 kN
Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các chu kì lặp
đi lặp lại, mỗi chu kì gồm hai hành trình thuận và ngợc. ở hành trình thuận,
thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là hành trình cắt gọt. ở hành ngợc, bàn máy
chạy về vị trí ban đầu, không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau
khi kết thúc hành trình ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một
khoảng gọi là lợng ăn dao s (mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại
của bàn máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một
hành trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh
của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải.
Đồ thị tốc độ của bàn máy nh sau:
V
ng
T
ck
0
V

0
V
0
th
V
V
t
1
t t t t t t t
2
t
3
t
4
t
5
6
t
7 8 9
t
10 11 12
t
13 14
t
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc độ đến tốc
độ v
0
= 5-15m/ph (tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t
1
. Sau khi chạy ổn

định với tốc độ v
0
trong khoảng thời gian t
2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào
chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt mẻ dao hoặc chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy
với tộc độ ổn định v
0
cho đến hết thời gian t
3
thì lại đợc tăng tốc độ đến v
th
và
thực hiện gia công chi tiết. Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc
đến v
o
, dao đợc rút ra khỏi chi tiết khi tốc độ bàn là v
0
. Sau đó bàn máy đảo
3
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ v
ng
, thực hiện hành trình không tải, đa
bàn máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngợc bàn máy giảm tốc sơ bộ đến
v
0
, đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kỳ khác. Bàn dao đợc di
chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngợc sang hành
trình thuận và kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết.

Tốc độ hành trình thuận V
th
đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt ; thờng
V
th
= 5 - (75 - 120) m/ph ; tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt V
max
= 75 120
m/ph. Để tăng năng suất của máy, tốc độ hành trình ngợc thờng đợc chọn lớn
hơn tốc độ hành trình thuận ; V
ng
= k. V
th
(thờng k = 2 - 3)
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị
thời gian :
ngthCK
tt
1
T
1
n
+
==
(1-1)
Trong đó :
T
CK
là thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy , [s] ;
t

th
là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận, [s];
t
ng
là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngợc, [s];
Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng và giảm là không đổi thì:
2/th
th.hth.g
th
th
th
V
LL
V
L
t
+
+=
(1-2)
2/ng
ng.hng.g
ng
ng
ng
V
LL
V
L
t
+

+=
(1-3)
trong đó :
L
th
, L
ng
- chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định V
th
,
V
ng
ở hành trình thuận, ngợc.
L
g.th
, L
h.th
- chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc ), và
quá trình giảm tốc (hãm) ở hành trình ngợc.
V
th
, V
ng
- tốc độ hành trình thuận, ngợc của bàn máy.
dc
ng
dcngth
t
V
L).1k(

1
tV/LV/L
1
n
+
+
=
++
=
(1-4)
trong đó :
L = L
th
+ L
g.th
+L
h.th
= L
ng
+ L
g.ng
+ L
h.ng
là chiều dài hành trình của bàn
máy
th
ng
V
V
k =

là tỉ số giữa tốc độ hành trình ngợc và hành trình thuận
t
đc
là thời gian đảo chiều của bàn máy.
Từ (1-4) ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt V
th
thì năng suất máy phụ thuộc
vào hệ số k và thời gian đảo chiều t
đc
. Khi tăng k thì năng suất máy tăng, nhng
khi k > 3 thì năng suất máy tăng không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều t
đc
lại tăng. Nếu chiều dài bàn L
b
> 3m thì t
đc
ít ảnh hởng đến năng suất máy mà
chủ yếu là k. Khi L
b
bé nhất là khi tốc độ thuận V
th
=(75-120) m/ph thì t
đc
ảnh
hởng nhiều đến năng suất. Vì vậy một trong các điều cần chú ý khi thiết kế
truyền động chính máy bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá trình quá độ.
4
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Tuy nhiên cũng cần lu ý rằng : Thời gian quá trình quá độ không thể
giảm nhỏ quá đợc và bị hạn chế bởi :

- Lực động phát sinh trong hệ thống
- Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
II. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy
bào giờng :
1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ:
Phạm vi điều chỉnh tốc độ là tỷ số giữa giá trị lớn nhất và giá trị bé nhất
của tốc độ làm việc ứng với momen tải đã cho.
5
70
V
V
V
V
D
min.th
ãm.ng
min
ãm
===
114D ữ=
2. Độ ổn định tốc độ:
Đó là khả năng giữ tốc độ khi phụ tải thay đổi. Đờng đặc tính cơ càng
cứng thì độ ổn định càng cao. Đối với truyền động của máy bào giờng thì yêu
cầu độ ổn định tốc độ
%2% =
3. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải:
Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất có dạng:
q
dm
odmoc

)).(MM(MM


+=

trong đó :
q = 0 ta có M
c
= M
đm
= const - ứng với truyền động ăn dao
q = 1 ta có M
c
=1/

(P
c
= const) - ứng với truyền động chính
Đối với truyền động chính , nói chung công suất không đổi khi tốc độ
thay đổi, còn mômen tỉ lệ ngợc với tốc độ. Tuy nhiên nếu ở tốc độ thấp mômen
có thể lớn do đó kích thớc của các bộ phận cơ khí phải chọn lớn lên, điều đó
không có lợi. Mặt khác, thực tế sản xuất cho thấy rằng ở tốc độ thấp chỉ dùng
cho các chế độ cắt nhẹ, nghĩa là F
Z
và P
Z
nhỏ. Vì vậy ở vùng tốc độ thấp ta giữ
mômen không đổi còn công suất cắt thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ.
4. Chế độ làm việc:
Chế độ làm việc của máy bào giờng là chế độ ngắn hạn lặp lại, đảo chiều

với tần số lớn, momen khởi động và hãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỷ lệ
đáng kể trong chu trình làm việc.
5. Khởi động và hãm:
Quá trình quá độ khởi động và hàm yêu cầu xảy ra nhanh, êm, tránh va
đập trong bộ truyền với độ tác động cực đại.
6. Yêu cầu về nguồn:
Hệ thống sử dụng nguồn điện lới công nghiệp xoay chiều ba pha, điện áp
lới 380 V, tần số 50Hz.
7. Yêu cầu về vận hành:
An toàn cho ngời vận hành và thiết bị. Cụ thể là: có các biện pháp bảo vệ
chóng quá tải ngắn mạch, dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố.
8. Tính kinh tế:
Khi thiết kế ta cần quan tâm đến vốn đầu t, chi phí vận hành, tổn hao
năng lợng trong quá trình trong quá trình làm việc ổn định và quá trình quá độ.
Ngoài ra còn phải đánh giá đến mức độ tin cậy, thuận tiện trong vận hành, dễ
kiếm vật t thay thế
9. Các yếu tố khác:
Ngoài các yếu tố trên khi thiết kế hệ thống truyền động ta cần phải quan
tâm đến độ trơn điều chỉnh và khả năng tự động hoá hệ thống.
5
§å ¸n tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ L£ HOµNG T§H3-K45

6
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Chơng II : Phân tích và lựa chọn phơng án
A. Lựa chọn các phơng án :
Để đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ của máy bào giờng ta có thể sử
dụng các phơng án sau:
- Dùng hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ
- Dùng hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ)

- Dùng hệ truyền động chỉnh lu thyristor động cơ một chiều (T - Đ) có
đảo chiều quay.
I. Hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ
Động cơ xoay chiều không đồng bộ là loại động cơ dùng điện áp nguồn
xoay chiều, chúng có kết cấu đơn giản, chắc chắn, làm việc tin cậy, vận hành
sửa chữa dễ dàng, có thể dùng trực tiếp điện áp lới. Phơng pháp điều chỉnh tốc
độ dùng biến tần khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với hệ T-Đ. Ngoài ra dòng
mở máy của động cơ lớn, mômen mở máy lại nhỏ nên dẫn đến khó khởi động
khi có tải lớn.
II. Hệ truyền động máy phát - động cơ điện một chiều (F - Đ)
Hệ F - Đ có phơng pháp điều chỉnh đơn giản, dải điều chỉnh rộng, trơn,
tính linh hoạt cao, điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong toàn dải điều chỉnh, tuổi
thọ cao, quá tải lớn. Tuy nhiên do sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất
thấp, cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây tiếng ồn lớn. Công suất lắp đặt máy
lớn, vốn đầu t ban đầu cao, chi phí vận hành lớn. Ngoài ra do máy phát có từ d,
đặc tính từ hoá trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
III. Hệ truyền động chỉnh lu thyristor động cơ một chiều (T - Đ)
Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng
và bằng phẳng nhờ hệ CL-Đ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó các
bộ chỉnh lu là điều khiển đợc. Các van điều khiển có thể là đèn thyatron, đèn
thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, các thyristor đợc dùng rất phổ biến để tạo ra các
bộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt của chúng: gọn, nhẹ, tổn
hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Các bộ chỉnh
lu thyristor dùng trong hệ truyền động một chiều tạo thành hệ thống thyristor -
động cơ (hệ T - Đ). Do hệ thống T-Đ sử dụng các linh kiện bán dẫn nên có u
điểm là tác động nhanh nhạy với tín hiệu điều khiển, tổn thất năng lợng trong
quá trình điều khiển nhỏ, hệ số khuếch đại lớn có khả năng tự động hoá ở trình
độ cao, gọn, nhẹ, không gây tiếng ồn, giá thành hạ, độ tin cậy cao, phạm vi
điều chỉnh rộng. Tuy nhiên do sử dụng các linh kiện bán dẫn nên nó có hệ số
quá tải kém, mạch điều khiển phức tạp, điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu có dạng

đập mạch nên gây ra các tổn hao phụ trong động cơ, hệ số cos

thấp.
Qua các phân tích ở trên ta thấy bộ biến đổi T-Đ có u điểm hơn cả vì hệ
thống gọn nhẹ chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao và đáp ứng
đợc các yêu cầu công nghệ của máy bào giờng. Do đó ta chọn hệ truyền động T
- Đ cho hệ truyền động chính của máy bào giờng.
B. Hệ truyền động chỉnh lu thyristor động cơ một chiều (T - Đ):
1. Phơng trình đặc tính cơ hệ T - Đ:
M
)K(
R
K
cosE
2
d
u
d
0




=

Độ cứng của đặc tính cơ là :
( )


=

u
2
d
R
k
7
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
trong đó

u
R
là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng
động cơ và điện trở các phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh hình sau:
Hình 2.1
Các đặc tính cơ của hệ truyền động T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của
hệ F - Đ vì có sụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các thyristor.
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
đoạn. Góc

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. Vùng dòng điện gián
đoạn có dạng hình ellipse.
Sơ đồ chỉnh lu ba pha hình tia (p=3) có vùng gián đoạn rộng hơn so với
sơ đồ chỉnh lu 3 pha hình cầu (p=6). Vùng dòng điện gián đoạn càng thu hẹp
khi tăng p và tăng độ tự cảm L của mạch phần ứng. 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 quá độ (tăng thời gian
quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc hệ thống.

2. Phơng pháp điều khiển:
a. Truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển chung:
Tại cùng một thời điểm, ngời ta pphát xung đến cả hai bộ biến đổi với
quan hệ góc mở
0
21
180=+
. Một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lu còn bộ kia
làm việc ở chế độ chờ nghịch lu. trong phơng pháp này mặc dù đảm bảo
2d1d
EE =
, tức là không xuất hiện giá trị trung bình của dòng cân bằng, song
giá tri tức thời của sđđ các bộ chỉnh lu e
d1
(t), e
d2
(t) luông khác nhau, do đó vẫn
xuất hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng. Để hạn chế biên độ
dòng điện cân bằng ngời ta thờng dùng các cuộn kháng cân bằng L
cb
, điều này
8
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
làm tăng kích thớc và trọng lợng của hệ thống và do đó làm tăng vốn đầu t và
giá thành.
b. Truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển riêng:
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riềng rẽ nhau, tại một thời
điểm chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ biến đổi kia bị khoá
do không phát xung điều khiển. Hệ truyền động van đảo chiều điều khiển riêng
có u điểm là làm việc an toàn, không có dòng cân bằng chảy qua giữa các bộ

biến đổi, song cần một khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng
không do đó làm giảm độ tác động nhanh của hệ thống.
3. Đảo chiều T - Đ:
Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dung hệ truyền động T-Đ đảo chiều :
- Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động
cơ.
- Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T-Đ đảo chiều có nhiều song đều
thực hiện theo hai nguyên tắc trên và đựơc phân ra thành năm loại sơ đồ chính
sau:
-
+
~ 3 pha
F
+
N
T
T
N
-
Hình 2.2
Sơ đồ hình 2.2 là sơ đồ dùng bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều
quay bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ. Nó đợc sử dụng cho truyền động
công suất lớn (vì công suất kích từ chỉ khoảng 10% công suất truyền động) và ít
đảo chiều( vì đảo chiều bằng phơng pháp đảo chiều từ thông có thời gian quá
độ lớn ).
~ 3 pha
F
-
T

N
+
N
T
+
-
Hình 2.3
9
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
Sơ đồ hình 2.3 dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi ). Nó đợc
dùng cho truyền động công suất nhỏ với tần số đảo chiều không cao vì hệ có
các tiếp điểm cơ khí xen kẽ.
~ 3 pha
~ 3 pha
-
+
Hình 2.4
Sơ đồ hình 2.4 dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.
Nó đợc dùng cho mọi dải công suất và có số lần đảo chiều lớn trong một đơn vị
thời gian.
Hình 2.5: Truyền động dùng
hai bộ biến đổi theo sơ đồ đấu chéo
điều khiển chung.
Hình 2.6: Truyền động dùng
hai bộ biến đổi nối song song ngợc
điều khiển chung.

+
Ld

~ 3 pha
-
CB
Ld
+
-
CB
~ 3 pha
Hình 2.5 Hình 2.6
Sơ đồ hình 2.5 và hình 2.6 dùng cho giải công suất vừa và lớn có tần số
đảo chiều cao so với 3 loại trên thì nó thực hiện đảo chiều êm hơn, nhng lại có
10
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45
kích thớc cồng kềnh, vốn đầu t và tổn thất lớn vì sử dụng cuộn kháng và máy
biến áp.
Ta thấy sơ đồ hình 2.4 dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển
riêng là phù hợp nhất với công nghệ của máy bào giờng.
3. Sơ đồ chỉnh lu:
Có rất nhiều các sơ đồ chỉnh lu khác nhau chúng ta phân biệt chúng dựa
trên các dấu hiệu sau:
- Số pha: 1 pha, 3pha, 6 pha
- Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu, đối xứng và không đối xứng.
- Số nhịp: Số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kì điện áp
nguồn.
- Khoảng điều chỉnh: là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ
độ[U
d
, I
d
].

- Chế độ năng lợng: chỉnh lu, nghịch lu phụ thuộc.
- Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn.
Để đáp ứng các yêu cầu của hệ truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển
riêng dùng cho truyền động của máy bào giờng thì sơ đồ chỉnh lu phải thoả
mãn đợc các yêu cầu sau: phải làm việc đợc ở cả chế độ chỉnh lu và nghịch lu,
phải có số xung đập mạch cao để giảm vùng dòng điện gián đoạn. Trên cơ sở
phân tích ta nhận thấy sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha đáp ứng đợc các yêu cầu công
nghệ do đó ta chọn sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha cho hệ truyền động T- Đ.
L
R
T
1
T
3
T
5
T
4
T
6
T
2
2a
u
u
2b
2c
u
d
u

11
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ LÊ HOàNG TĐH3-K45

Hoạt động của sơ đồ :
Giả thiết T
5
và T
6
đang cho dòng chảy qua V
F
= u
2c
, V
G
= u
2b
. khi
+

==
6
1
cho xung điều khiển mở T
1
. Tiristor này mở vì u
2a
> 0. Sự mở của
T
1
làm cho T

5
bị khoá lại một cách tự nhiên vì u
2a
> u
2c
. Lúc này T
6
và T
1
cho
dòng chảy qua. Điện áp trên tải : u
d
= u
ab
= u
2a
u
2b
. Khi
+

==
6
3
1
cho
xung điều khiển mở T
2
. Tiristor này mở vì khi T
6

dẫn dòng, nó đặt u
2b
lên anốt
T
2
mà u
2b
> u
2c
.Sự mở của T
2
làm T
6
bị khoá lại một cách tự nhiên vì u
2b
> u
2c
.
Các xung điều khiển lệch nhau
3

đợc lần lợt đa đến cực điều khiển của các
tiristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1 Trong mỗi nhóm khi một tiristor mở, nó
sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòng trớc nó .
Trị trung bình của điện áp trên tải: U
d
= U
do
.
cos

Với

=
2
do
U.63
U
Dòng điện trung bình qua Tiristor:
3
I
I
3
I
dtI
2
1
I
maxd
thucmaxtb
d
3/2
0
dT
==

=


Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên Tiristor là:
2thucmaxng

U.6U =
12
§å ¸n tæng hîp hÖ ®iÖn c¬ L£ HOµNG T§H3-K45
13
Chơng III: Tính chọn công suất động cơ và mạch lực
I. Chọn động cơ:
1. Phụ tải của chuyển động chính:
Phụ tải của chuyển động chính (truyền động bàn máy) đợc xác định bởi
lực kéo tổng. Nó là tổng của lực cắt và lực ma sát:
F
k
= F
z
+ F
ms
(3-10)
Trong đó: F
z
là lực cắt, [N]
F
ms
là thành phầnlực ma sát, [N]
a. ở chế độ làm việc (hành trình thuận) lực ma sát đợc xác định bởi công thức
sau:
)]mm(gF[F
bctyms
++à=
trong đó:
à
= 0,05

ữ
0,08 - hệ số ma sát ở gờ trợt ;
F
y
= 0,4.F
z
- thành phần thẳng đứng của lực cắt, N;
m
ct
, m
b
- khối lợng của chi tiết, bàn, kg.
Lực kéo tổng đợc xác định nh công thức (3-10)
b. ở chế độ không tải (hành trình ngợc) do thành phần lực cắt bằng không nên
lực ma sát bằng:
F
ms
=
à
g(m
ct
+ m
b
)
Và lực kéo tổng là:
F
k
=F
ms
=

à
g(m
ct
+ m
b
)
2. Tính chọn công suất động cơ:
Việc chọn chính xác công suất động cơ truyền động là hết sức quan
trọng. Nếu nh ta chọn công suất động cơ lớn hơn giá trị cần thiết thì vốn đầu t
sẽ tăng, động cơ thờng xuyên chạy non tải, làm cho hiệu suất và hệ số công
suất thấp. Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ
không đảm bảo năng suất cần thiết, động cơ thờng xuyên phải chạy quá tải, làm
giảm tuổi thọ động cơ, tăng phí tổn vận hành do phải sửa chữa nhiều.
Động cơ điện đợc chọn cho truyền động phụ thuộc vào nhiều yếu tố :
- Yêu cầu kỹ thuật về điều chỉnh tốc độ
- Giá trị tốc độ và phạm vi điều chỉnh
- Công suất động cơ
- Các đặc tính khởi động và hãm
- Loại động cơ
- điều kiện về môi trờng và hệ thống làm mát
a. Các số liệu cho trớc
- V
thuận
= 35 m/ph
- V
ngợc
= 70 m/ph
-
024,0
v

=

=
-
81,0=
- Chiều dài hành trình 3 m
- Trọng lợng bàn 1000 kg
- Lực cắt F
Z
=30 kN
- Khối lợng chi tiết 1000 kg
- Hệ số ma sát
081,0=à

b. Chọn sơ bộ động cơ
Dựa vào các số liệu cho trớc ta có thể tính đợc công suất động cơ nh sau:
14
Tỷ lệ lực cắt của dao theo các phơng đợc lấy theo công thức kinh nghiệm
: F
Z
: F
y
: F
X
=1 : 0,4 : 0,25
Theo đầu bài ta có F
Z
= 30 (kN) =30000 (N)

F

Y
= 0,4. 30000 = 12000 (N)
- Lực ma sát gờ của bàn máy :
( )
]mm.gF[F
bctYms
++à=
Trong đó :
à
: hệ số ma sát =0,081
g : gia tốc trọng truờng =9,81 (rad/s
2
)

F
ms
= 0,081.[12000 + 9,81.(1000 + 1000)] =2561 (N)
- Lực kéo tổng ở hành trình thuận :
F
K
= F
Z
+ F
ms
=30000 + 2561 = 32561 (N)
- Công suất đầu trục động cơ khi cắt chính là công suất động cơ trong
hành trình thuận:
)kW(23
81,0.1000.60
35.32561

.1000.60
v.F
P
thK
th
==

=
Do hệ thống truyền động điện là BBĐ-ĐC một chiều (BBĐ dùng chỉnh
lu), và điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh điện áp
phần ứng nên động cơ phải đợc chọn theo công suất tính toán P
tt
:
)kW(46
35
70
.23
V
V
.PP
th
ng
thtt
===

Vì có nh vậy thì động cơ mới có thể đảm bảo đợc dòng điện cực đại
trong hành trình thuận với điện áp phần ứng không lớn, đồng thời tốc độ cao
trong hành trình ngợc (khi điện áp lớn).
Theo tính toán ở trên ta chọn động cơ cho truyền động chính của máy
bào giờng nh sau:

Mã hiệu
P
(kW)
U
đm
(V)
I
đm
(A)
n
đm
(v/p)
R(

) L(H)
GD
2
(kg.m
2
)
Trọng l-
ợng(kg)
290H
60 440
170
1500 0,22 0,005 4,8 530
c. Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần và kiểm nghiệm động cơ đã chọn:
Để kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo điều kiện phát nóng ta phải xây
dựng đồ thị phụ tải toàn phần I = f(t); trong đó phải xét tới cả chế độ làm việc
xác lập và quá trình quá độ.

Phơng pháp nh sau: có thể chia đồ thị tốc độ của động cơ trong một hành
trình kép thành 14 khoảng từ t
1

ữ
t
14
Trong đó:
15
V
ng
T
ck
0
V
0
V
0
th
V
V
t
1
t t t t t t t
2
t
3
t
4
t

5
6
t
7 8 9
t
10 11 12
t
13 14
t
+) Khoảng t
1
bàn máy tăng tốc tới V
0
, không cắt gọt tơng ứng với động
cơ làm việc ở chế độ không tải (
1

).
+) Khoảng t
2
động cơ làm việc với tốc độ ổn định, không tải.
+) Khoảng t
3
bắt đầu gia công chi tiết, động cơ làm việc với tốc độ ổn
định, có tải.
+) Khoảng t
4
giai đoạn động cơ tăng tốc độ
th

đến tơng ứng với tốc độ
V
th
của bàn máy, có tải.
+) Khoảng t
5
giai đoạn cắt gọt, động cơ làm việc với tốc độ ổn định
th


+) Khoảng t
6
động cơ giảm tốc độ đến
1

, có tải.
+) Khoảng t
7
động cơ làm việc ổn định với tốc độ
1

, có tải.
+) Khoảng t
8
dao ra khỏi chi tiết, động cơ làm việc không tải với tốc độ
1

+) Khoảng t
9
,t

10
động cơ đảo chiều từ thuận sang ngợc.
+) Khoảng t
11
động cơ làm việc không tải với vận tốc V
ng
tơng ứng với
vận tốc
ng

của máy.
+) Khoảng t
12
động cơ giảm tốc độ ở chiều ngợc.
+) Khoảng t
13
động cơ làm việc ổn định với tốc độ
1

.
+) Khoảng t
14
động cơ đảo chiều từ thuận sang ngợc, bàn máy bắt đầu
thực hiện một hành trình kép mới.
Nh vậy trong một hành trình kép có các khoảng thời gian động cơ làm
việc ổn định không tải là t
2
, t
8
, t

11
, t
13
và có tải là t
3
, t
5
, t
7
. Các khoảng thời gian
động cơ làm việc ở quá trình quá độ t
1
, t
4
, t
6
, t
9
, t
10
, t
12
, t
14
. Ta phải xác định đ-
ợc dòng điện động cơ trong tất cả các thời gian đó.

a.Xác định dòng điện trong chế độ ổn định:
16
Để xác định dòng điện động cơ trong các khoảng thời gian làm việc ổn

định, ta xác định công suất trên trục động cơ, sau đó xác định mômen điện từ
của động cơ và dòng điện trong các khoảng đó theo giản đồ sau:
)t(I)t(M)t(P

với P(t), M(t), I(t) là công suất, mômen, dòng điện trong các khoảng
thời gian làm việc ổn định .
- Công suất của đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận là:
pothoth
PPP +=
Trong đó:
+

P
oth
Tổn hao không tải trong hành trình thuận
+

P
p
Tổn hao do ma sát trên gờ trợt của máy
kW622,2)81,01.(23.6,0)1(P6,0P.aP
ththhioth
====
kW945,0
1000.60
081,0.35.10).11(
1000.60
.V).GG(
P
3

thbct
p
=
+
=
à+
=
Với
dm
dm
dmdm
)1(6.0
)ba.(6,0a


=+=
P
thhi
là công suất hữu ích
kW6,3945,0622,2PPP
pothoth
=+=+=
- Mômen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi không tải là:
M
đto.th
=M
0
+ M
oth
=M

0
+
][
10.
3
.
Nm
P
o
tho

Với

/
oo
V=
là tốc độ động cơ ở khi vào dao.
M
0
Là mômen không tải của động cơ
]Nm[
10.P
IKM
dm
3
dm
dmdm0

=
Trong đó K

dm

, P
đm
, I
đm
là các thông số định mức của động cơ.
Ta có E
đm
=U
đm
- I
đm
.R =440 - 170.0,22= 403 [V]
]m.N[437
60
1500.2
170.403
I.E
I.KM
dm
dmudm
dmdmdm
=

=

==
]m.N[55
60

1500.2
10.60
437M
3
0
=

=
]m.N[573
024,0.60
10
10.6,3
55M
3
th.0dt
=+=
Ta có
7,2
170
437
===
dm
dm
dm
I
M
K

- Dòng điện của động cơ khi không tải là:
]A[212

7,2
573
K
M
I
dm
th.dto
th
==

=
17
- Mômen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi tải đầy là:
M
đt.th
=M
0
+ M
th
=M
0
+
][
10.
3
Nm
P
th
th

Với

/
thth
V=
là tốc độ động cơ ở hành trình thuận
]m.N[857
024,0.60
35
10.23
55M
3
th.dt
=+=
- Dòng điện của động cơ khi tải đầy là:
]A[315
7,2
857
K
M
I
dm
th.dt
th
==

=
- Công suất động cơ trong hành trình ngợc khi dùng phơng pháp điều chỉnh
điện áp trong cả dải tốc độ đợc xác định nh sau:
]kW[2,7

35
70
.6,3
V
V
PP
th
ng
othdng
===

- Mômen điện từ ở hành trình ngợc:
M
đt.ng
=M
0
+
][
10.
3
.
Nm
P
ng
ngD

]m.N[203
024,0.60
70
10.2,7

55M
3
ng.dt
=+=
- Dòng điện động cơ trong hành trình ngợc:
]A[77
7,2
203
K
M
I
dm
ng.dt
ng
==

=
Ta sử dụng phơng pháp gần đúng dựa trên các giả thiết sau:
- Đồ thị tốc độ bàn máy v(t) hoặc của động cơ có dạng lý tởng.
- Hệ thống truyền động điện có tự động điều chỉnh, đảm bảo có hạn chế
dòng điện và duy trì nó ở giá trị cực đại cho phép trong quá trình quá độ. Đối
với động cơ một chiều, I
qđ
=(2
ữ
2,5)I
đm
.Ta chọn I
qđ
= 2.170 = 340A

c. Xác định thời gian của các khoảng làm việc:
- Thời gian của quá trình quá độ có thể xác định bằng công thức gần
đúng:
)(
K)II(
J
)(
MM
J
t
12
dmcqd
12
cqd


=

=
(*)
trong đó
M
qđ
, I
qđ
- mômen, dòng điện động cơ trong quá trình quá độ;
M
c
, I
c

- mômen dòng điện phụ tải của động cơ;
21
,
Tốc độ ở đầu và cuối quá trình quá độ
Theo (*) ta xác định đợc
18
- Các khoảng thời gian t
1
=0,3s,

t
4
=1s, t
6
=1s, t
9
= 0,3s, t
10
= 1,5s, t
12
=0,3s,
t
14
=0,3s
- Các khoảng thời gian t
2
, t
3
, t
7

, t
8
xác định theo kinh nghiệm vận hành
ta chọn t
2
= t
3
= t
7
= t
8
= 0,3s
- Thời gian làm việc ổn định ở hành trình thuận đợc xác định nh sau:
t
5
=
th
5
V
L
[s]
Trong đó L
5
là chiều dài bàn máy di chuyển trong khoảng thờigian t
5
đợc
xác định nh sau:
L
5
=L -

L
i

Trong đó:
L là chiều dài hành trình bàn máy trong quá trình thuận


L
i
là tổng chiều dài hành trình bàn trong các đoạn quá trình
quá độ và các đoạn bàn máy di chuyển với tốc độ V
0

Nếu coi rằng trong quá trình quá độ bàn máy di chuyển với tốc độ trung
bình không đổi thì L
i
=V
i
.t
i

Với V
i
,t
i
là tốc độ trung bình , đoạn thời gian thứ i
s5,4
35
60.6,2

tm6,24,03Lm4,0L
5i
====
- Tơng tự ta xác định đợc t
11
= 2,4s
d. Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần I=f(t)
Từ các số liệu dòng điện trong quá trình quá độ và xác lập ở các khoảng
thời gian tơng ứng ta có đồ thị:
ng
V
th
V
0
0
V
0
V
V
t
21
t t t
3
t
4 5
t
136
t t
7
T

ck
8
t t
9 10
t
11
t t
12
t t
14
e. Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng.
19
Sử dụng phơng pháp dòng điện đẳng trị để kiểm nghiệm. Từ đồ thị trên ta
có :
'
CK
14
1i
i
2
i
dt
T
t.I
I

=
=

trong đó :

T'
CK
là thời gian của một chu kỳ có xét đến hiện tợng toả nhiệt do tốc độ
thấp và quá trình quá độ, nếu động cơ tự thông gió. Khi động cơ thông gió độc
lập thì lấy T'
CK
=T
CK
. Thay số vào tính ta đợc: I
đt
=120A. Do đó động cơ đã chọn
thoả mãn I
đm
=170A

I
đt
=120A. Nh vậy động cơ đã chọn thoả mãn đợc điều
kiện phát nóng.
f. Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quá tải
Từ các tính toán ở trên ta thấy M
cmax
=2M
đm
do đó động cơ đã chọn thoả
mãn khả năng quá tải
II. Chọn BBĐ:
Bộ biến đổi chỉnh lu tiristor cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp
cho phần ứng động cơ một chiều có các tham số : sức điện động định mức động
cơ E

đm
sụt áp tổng ở mạch khi dòng phần ứng cực đại I
max
. Cụ thể:
maxumaxuvudm2min1
UR.IUEcosU

+++=

Trong đó:
1

- hệ số tính đến sự suy giảm điện áp lới
1

= 0,95
2

- hệ số dự trữ máy biến áp
06,104,1
2
ữ=
min

góc điều khiển cực tiểu. Đối với sơ đồ đảo chiều
min

=12
0
(m = 6

xung),
min

=18
0
(m = 12 xung). Đối với sơ đồ không đảo chiều
min

=0


v
U
- tổng sụt áp trên các van
u
R
- điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mlạch một chiều gồm điện trở toàn
phần mạch phần ứng, điện trở máy biến áp, điện trở cuộn lọc một chiều.
I
max
dòng phàn ứng cực đại nằm trong khoảng
5,22 ữ
I
đm
max
U


là sụt áp cực đại do trùng dẫn
ddm

udm
udm
maxu
dmmax
I
I
.
I
I
.UU

=
Có I
udm
=I
ddm
, I
umax
=2I
udm
kk0ddmmax
.U.U2U2U ==

Với U
k
là điện áp ngắn mạch.
Nếu láy U
k
%=5%

U
k
=0,05
%K
U
*
k


=

Tra trong bộ chỉnh lu cầu ba pha
5,0
k
=
Vậy:
20
kkmin1
maxuuvudm2
do
U.2cos
I.RUE
U

++
=


V534
05,0.5,0.212cos95,0

340.22,06,402.04,1
0
=

+
=
Từ kết quả trên ta thấy sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha lấy điện trực tiếp từ lới
3~380 V không dùng biến áp nguồn hoàn toàn thoả mãn các yêu cầu của bộ
biến đổi.
III. Chọn các thiết bị khác:
1. Chọn Thyristor:
Khi chọn Tiristor ta quan tâm tới 2 thông số chính là dòng điện trung
bình qua Tiristor và điện áp ngợc lớn nhất đặt lên Tiristor. Trong chơng 2 ta đã
tính đợc:
Dòng điện trung bình lớn nhất qua Tiristor:
57
3
170
3
I
3
I
I
dmdcmaxd
maxtb
====
Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên Tiristor là:
V931380.6U6U
2maxng
===

Tiristor đợc chọn phải thoả mãn:
I
Ttb


K
iT
.I
tb
U
Tngmax


K
uT
.U
ngmax

Trong đó K
iT
, K
uT
là các hệ số dự trữ dòng áp. ở đây ta chọn điều kiện làm
mát cỡng bức bằng quạt gió

K
iT
= 2 ; K
uT
= 1.6

Do đó ta có:
I
Ttb


K
iT
.I
tb
= 2.57 = 114A
U
Tngmax


K
uT
.U
ngmax
= 1,6 . 931 = 1490V
Từ các điều kiện trên ta chọn van của hãng SEMIKRON của Đức :
Mã hiệu : SKT 130
Điện áp ngợc : 400 1600V
Dòng điện trung bình : 130A
2. Chọn cuộn kháng:
Cuộn kháng lọc mạch một chiều đợc nối vào mạch phần ứng động cơ
để làm giảm vùng dòng điện gián đoạn (làm giảm xugn dòng một chiều) đồng
thời cải thiện điều kiện chuyển mạhc của động cơ điện.
Giá trị điện cảm cần thiết của mạch một chiều là:
0
mind

do
g
I
U
L


Trong đó :
I
dmin
là dòng phụ tải nhỏ nhất khi vận hành
g
0
là hệ số dòng điện gián đoạn g
0


1,8.10
-3

H012,010.8,1.
77
513
g
I
U
L
3
0
mind

do
==



Giá trị điện cảm cần nối thêm vào là:
H07,0005,0012,0LLL
u
===

21
3. Chọn thiết bị bảo vệ:
Nếu tốc độ tăng điện áp thuận lên van vợt quá giá trị này thì van sẽ tự mở
không cần xung điều khiển. Van sẽ rơi vào trạng thái mất điều khiển.
Thực tế khi sử dụng ngời ta phải hạn chế nó bằng cách đấu song song C,
R với van.
Thông thờng giá trị tụ điện và điện trở sẽ cho biết trong catalog về van.
Thờng chọn:



ữ=
ữ=
FC
R
à
201,0
1001
22
Chơng IV: Tổng hợp hệ thống truyền động

Ta có sơ đồ khối chức năng của hệ truyền động T - Đ đảo chiều nh sau:
Hình 4-1. Sơ đồ khối chức năng của hệ truyền động T - Đ
I. Tổng hợp mạch vòng dòng điện:
Ta có sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện nh hình 4.2
Hình 4-2. Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện
Trong đó:
T
CL
, T , T
fi
là các hằng số thời gian của mạch chỉnh lu, phần ứng và
xenxơ dòng điện.
K
CL
,K
i
là hệ số khuyếch đại của mạch chỉnh lu và xenxơ dòng điện.
R

là điện trở mạch phần ứng.
J là mômen quán tính của động cơ.
Ta có :
23
R = 0,22 (

)


L
=0,012 (H)

Hằng số thời gian điện từ của phần ứng động cơ là :
55
22,0
012,0
R
L
T
u
u
===

(ms)
Hằng số thời gian cơ học :
ms230s23,0
7,2
22,0.8,4
)K(
R.J
T
22
u
c
===

=
Ta thấy do hằng số thời gian cơ học rất lớn so với hằng số thời gian
điện từ của mạch phần ứng nên ta có thể coi sức điện động của động sơ không
ảnh hởng đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện (tức coi
0

=
E
).
1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện trong chế độ liên tục:
Hình 4-3
Hình 4-4
Hình 4-5
24
3,3
3
10
m
10
2
T
T
max
CL
====
(ms)
44
10
440
10
U
K
ddm
CL
===
T

fi
=0,5
ữ
1 ms

ta lấy T
fi
=1 ms
ddm
i
I
10
K

=
Với

là hệ số dòng điện
03,0
170.2
10
K2
I
I
i
ddm
maxd
====
Hàm truyền của đối tợng điều chỉnh có dạng:
p.T1

K
pT1
1
.
R
1
.
p.T1
K
F
fi
i
uuCL
CL
SI
+++
=
Vì
fiCL
T,T
rất nhỏ so với T nên ta có:
pT1
1
p)TT(1
1
pT1
1
.
pT1
1

IfiCLfiCL
+
=
++

++
Với
fiCLI
TTT +=

= 3,3 + 1= 4,3 (ms)
)pT1)(pT1(
K
)pT1)(pT1(
R
K
.K
F
uI
I
uI
u
i
CL
I
++
=
++
=

Với
6
22,0
03,0
.44
R
K
.KK
u
i
CLsi
===
Hàm truyền của hệ kín là:
II
sII
KI
F.R1
F.R
)p(F

+
=
Theo tiêu chuẩn modul tối u thì ta đợc:
p0516,0
p0516.01
p10.3,4.6.2
1

10.3,4.6.2
10.55
pTK2
1
TK2
T
pT.2.K
pT1
R
33
3
IsIIsI
u
II
u
I
+
=+=+=
+
=




Bộ điều chỉnh dòng điện là một khâu PI
2. Tổng hợp mạch vòng dòng điện có tính đến vùng dòng điện gián đoạn
phần ứng :
Trong vùng dòng điện gián đoạn hệ số khuyếch đại của bộ chỉnh lu
Thyristor giảm rất mạnh và có giá trị thay đổi tuỳ thuộc vào điện áp điều khiển
U

đk
và sđđ E . Trong vùng dòng điện gián đoạn không tồn tại khái niệm hằng số
thời gian điện từ T do giữa các xung dòng điện thì
0
dt
di
L
u
=
. Hàm truyền của
đối tợng bây giờ là :
)1pT)(1pT(
pT
.
R
K.K
)p(F
Ic
c
u
ICL
sI
++
=

Do T
c
>>
I
T

nên ta có thể làm gần đúng :

pT1
K
)1pT(
1
.
R
K.K
)p(F
I
sI
Iu
ICL
sI

+
=
+
=
25