Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu ăn dao máy doa ngang

TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH

MỤC LỤCC LỤC LỤCC
LỜI NĨI ĐẦU.............................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ..............................................2
1.1 Đặc điểm cơng nghệ :..........................................................................................2
1.2.Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện của máy doa ngang...............2
1.2.1 Truyền động chính:......................................................................................2
1.2.2.Truyền động ăn dao......................................................................................3
CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ............................................4
2.1 Cách chọn động cơ:.............................................................................................4
2.2. Tính chọn cơng suất............................................................................................5
CHƯƠNG III: CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG.........................................7
3.1. So sánh các phương án.......................................................................................7
3.1.1.Hệ truyền động F-D......................................................................................7
3.1.2.Hệ truyền động Thyristo - Động cơ :............................................................8
3.2. Chọn phương án truyền động :.........................................................................15
4.3.1. Tính tốn mạch động lực...........................................................................20
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN..................................................23
4.1 . KHÁI QUÁT CHUNG....................................................................................23
4.1.1. Khâu đồng bộ hoá và phát xung răng cưa:.................................................24
4.1.2 Khâu so sánh..........................................................................................26
4.1.3 Khâu tạo xung............................................................................................27
4.2.1. Mạch khuyếch đại và tạo xung ( mạch tạo điện áp chủ đạo )....................29
4.2.2 Khâu tổng hợp mạch vòng âm tốc độ :......................................................29
4.2.3. Mạch tạo nguồn ni :...............................................................................30
4.2.4 Mạch vịng dịng điện :..............................................................................30
4.3. TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN...............................................................31
4.3.1 Tính chọn các khâu.....................................................................................31
4.3.2. Xây dựng đặc tính.....................................................................................37

4.4 Xét tính ổn định và hiệu chỉnh hệ thống............................................................41
4.4.1 Xét tính ổn định của hệ thống....................................................................42
4.4.2 Hiệu chỉnh hệ thống:.................................................................................43
CHƯƠNG V: MÔ PHỎNG NGUYÊN LÝ HỆ TRUYỀN ĐỘNG.........................48
5.1 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ.........................................................................................48
5.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ ...................................................48
KẾT LUẬN................................................................................................................51

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế Quốc Dân cơ khí hóa có liên
quan chặt chẽ đến cơ khí hóa và tự động hóa, hai yếu tố sau cho phép đơn giản kết cấu cơ khí
của máy sản xuất tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kinh tế của quá trình sản xuất
và giảm nhẹ cường độ lao động.
Việc tăng năng suất máy, giảm giá thành thiết bị điện là hai yêu cầu chủ yếu với hệ
thống truyền động điện và tự động hóa nhưng lại mâu thuẫn nhau.Một bên đòi hỏi sự phức tạp
và một bên là đòi hỏi sử dụng yêu cầu hạn chế sử dụng thiết bị chung, máy và số thiết bị cao
cấp. Vì vậy việc lựa chon một phương án truyền động vẫn là một bài tốn khó cho những
người thiết kế hệ thống truyền động điện.
Với đề tài “ Thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu ăn dao máy doa ngang ” .Trong
lúc thực hiện đề tài chúng em cũng gặp nhiều khó khăn sự thiếu thốn về tài liệu tham khảo và
hạn chế về thực hành vì vậy trong quá trình làm đồ án sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót,
khuyết điểm.Tuy nhiên với sự cố gắng của bản thân cùng với sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy
Nguyến Quốc Khánh, các thầy cô giáo bộ môn và bạn bè đến nay đồ án của Em đã hoàn thiện
với đầy đủ các yêu cầu .

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thiện
đề tài này !
Hà Nội tháng 6/2013
Sinh viên
Đinh Trọng Thuận

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

1


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH

CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ
1.1 Đặc điểm công nghệ :
Máy doa ngang 2620A là loại máy doa vạn năng dùng để gia công lỗ đã khoan hoặc
khoét mà kích thước giữa các tâm lỗ yêu cầu độ chính xác tuyệt đối cao từ cấp 9 đến cấp 7 và
ra = 6,3 ÷ 1,25†m. Với dao doa có chất lượng tốt, chọn chế độ cắt và để lượng dư phù hợp,
doa có thể đạt độ chính xác cấp 6. Doa đạt độ cứng vững cao, lưỡi cắt thường bố trí khơng đối
xứng nên khắc phục được độ rumg động.
Ngồi ra cịn thực hiện một số ngun công phụ khác như: khoan, phay bằng dao
phay mặt đầu, gia công ren....
Khi thực hiện các nguyên công trên máy doa thì sản phẩm đạt độ chính xác và độ
bóng rất cao.
Chuyển động chính trên máy doa là chuyển động quay của dao doa, cịn chuyển động
ăn dao có thể là:
- Chuyển động ngang của bàn giá chi tiết gia cơng
- Giá dao hướng kính lắp trên mâm cặp thực hiện chạy hướng kính để xén mặt Sk

- Chuyển động di chuyển dọc trục của trục chính mang đầu dao
- Chuyển động phụ là: Chuyển động theo chiều thẳng đứng của ụ dao và Các động cơ truyền
động bơm dầu của hệ thống bôi trơn và động cơ bơm nước làm mát.
Đặc tính cơ của máy doa yêu cầu phải tuyệt đối cao với độ ổn định tốc độ phải <10%.
Hệ thông truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác, đảm
bảo sự liên động với truyền động chính và làm việc tự động.
1.2.Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện của máy doa ngang
1.2.1 Truyền động chính:
Là truyền động quay của mâm cặp chi tiết cần gia công. Yêu cầu động cơ mang dao
doa phải đảo chiều quay đảm bảo nhẹ nhàng. Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu D=130:1, với
độ bằng phẳng điều chỉnh  =1,26. Hệ truyền động trục chính cần phải hãm dừng nhanh.
Hiện nay hệ truyền động trục chính của máy doa ngang 2620A thường dùng hệ truyền
động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rơto lồng sóc hai cấp tốc độ tam giác- sao kép. Ở
những máy doa cỡ nặng có thể sự dụng động cơ một chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm
vi rộng. Nhờ vậy có thể đơn giản kết cấu cơ khí. Mặt khác có thể hạn chế được mô men ở
vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng.
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

2


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
1.2.2.Truyền động ăn dao.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao yêu cầu D=1500:1. Lượng ăn dược điều
chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di chuyển nhanh, có thể đạt 2,5m/ph ÷
3m/ph. Lượng ăn dao(mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ khơng đổi
- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng với độ ổn định tốc độ <10%. Hệ thống truyền động ăn dao yêu
cầu độ tác động nhanh rất cao, dừng chính xác, đảm bảo liên động với hệ truyền động trục
chính trong chế độ máy làm việc tự động.

- Trong máy doa ngang hệ truyền động ăn dao là hệ truyền động một chiều T-Đ. Hệ đảm bảo
dải điều chỉnh tốc độ rộng D=1500:1, độ bằng phẳng trong điều chỉnh tốc độ φ1, đặc tính cơ
tuyệt đối cứng

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

3


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH

CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ
2.1 Cách chọn động cơ:
Để chọn được động cơ ta phải nắm vững được yêu cầu sử dụng mà từ đó để lấy những
căn cứ để chọn động cơ và công suất động cơ, điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc thiết kế.
Nếu ta chọn động cơ không phù hợp như công suất động cơ quá lớn so với nhu cầu của tải
dẫn đến hiệu suất làm việc của động cơ không cao non tải, đem lại hiệu suất thấp khơng đảm
bảo tính kinh tế, hoặc cơng suất động cơ nhỏ hơn so với tải, khi đó động cơ sẽ làm việc ở chế
độ quá tải, không đảm bảo năng suất, thậm trí kéo dài sẽ gây chóng hỏng động cơ và không
đáp ứng được nhu cầu công nghệ.
Do vậy chọn động cơ phù hợp với tải là rất quan trọng nớ đảm bảo yêu cầu kĩ thuật
như yêu cầu về kinh tế.
Để chọn động cơ cho một hệ thống ta phải dựa vào những chỉ tiêu sau
+ khả năng làm việc của động cơ yêu cầu công nghệ để chọn động cơ cho phù hợp.
+ Dải điều chỉnh tốc độ càng lớn thì hệ có chất lượng càng cao.
+ Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải các động cơ điện 1 chiều, xoay chiều làm
việc tối ưu nhất ở chế độ định mức, khả năng mang tải.
+ Chỉ tiêu kinh tế có tính chất quyết định lựa chọn các phương án thiết kế thể hiện ở chi phí

lắp đặt và chi phí vận hành.
+ Chỉ tiêu tổn hao năng lượng: ∆P càng nhỏ càng tốt.
+ Tổn hao trong dây dẫn và tổn hao trong lõi thép.
Để tính chọn được cơng suất động cơ ta phải có đủ các số liệu ban đầu như sau:
+ Các chế độ đặc trưng cho chế độ cắt gọt.
+ Khối lượng của chi tiết gia công.
+ Thời gian làm việc và thời gian nghỉ.
Kết cấu cơ khí của máy bao gồm.
-

Sơ đồ động học của cơ cấu.

-

Khối lượng của các bộ phận chuyển động.

Các bước tính tốn chọn cơng suất đông cơ
Bước 1: chọn rơ bộ công suất động cơ truyền động được tiến hành theo trình tự như sau:
-

Xác định công suất mô men tác dụng lên trục làm việc của hộp tốc độ (pz hoặc mz).

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

4


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH
-

Xác định cơng suất, moomen tác dụng lên trục động cơ và xây dựng đồ thị phụ tải
tĩnh. Tiến hành tính chọn sơ bộ cơng suất động cơ.

Bước 2: Tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo các tiêu điểm sau:
-

Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.

-

Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải.

-

Kiểm nghiệm theo điều kiện mở máy.



Đối với động cơ điện 1 chiều: đặc biệt là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, và kích
từ song song

-

Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều, Mô men khởi động lớn, dễ điều chỉnh như ở các
máy nâng vận chuyển, cán thép, có khả năng chịu quá tải lớn, từ thông không phụ
thuộc vào điện áp mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện, nên thường sử dụng khi nguồn cấp
cho động cơ là đường dây dài

-

Nhược điểm: động cơ điện 1 chiều có kết cấu phức tạp trong quá trình làm việc hay
hỏng cổ góp và chổi than, dùng nguồn điện 1 chiều do vậy phải dùng thêm chỉnh lưu,
động cơ đắt do vậy tính kinh tế khơng cao.



Đối với động cơ điện khơng đồng bộ:

-

Ưu điểm: có cấu trúc đơn giản, chế tạo dễ dàng giá rẻ, được ứng dụng rộng rãi, có thể
sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha giá rẻ hơn động cơ điện 1 chiều rất nhiều.
Động cơ khơng đồng bộ có khả năng làm việc rất tốt, chia làm 2 loại động cơ không
đồng bộ roto lồng sóc và day quấn.

-

Nhược điểm: phương pháp điều chỉnh điện áp, cho chất lượng điều chỉnh không cao,
việc xây dựng đặc tính cơ khả năng điều chỉnh thấp. Khi giảm điện áp sẽ rơi vào trạng
thái làm việc không ổn định, dải điều chỉnh của hệ số thấp, khó điều chỉnh vơ cấp.

Qua q trình phân tích trên ta thấy rằng hệ truyền động với động cơ không đồng bộ 3 pha
roto lồng sóc với 2 cấp tốc độ và đảo chiều quay rất thích hợp với hệ truyền động của máy
doa bởi vì động cơ khơng đồng bộ 3 pha roto lồng sóc có kết cấu của hai dây quấn rất khác
với kết cấu các loại dây quấn stato trong mỗi rãnh của lõi sắt. Thanh dẫn bằng đồng hoặc
nhôm dài (ra khỏi lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch (bằng đồng hay
nhôm làm thành 1 cái lồng người ta quen gọi là lồng sóc.
2.2. Tính chọn cơng suất
Với đề bài đã cho các thong số kỹ thuật:

+ Momen cản quy đổi về đầu trục đông cơ: M = 28,66 N/m
+ Vùng điều chỉnh tốc độ dm 157l / s , min 0,2l / s

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

5


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH
+ Tốc độ chạy nhanh khơng tải : max 314l / s
Momen tác dụng lên trục làm việc là 28,66 N/m
Công suất trên trục động cơ sẽ là: Pc 

Pz
28,66

30,5 N/m ( truyền động bằng dây đai )

0,94

Đồ thị phụ tải tĩnh
Ta có cơng suất động cơ:
Pdm M max dm . max = 28,66 . 314 = 8,9 Kw

Ta chọn động cơ có các thơng số kỹ thuât sau:
Pdm : 9,6 Kw
n dm

: 550-1650V/p

I udm A : 53/57,75 A

Số thanh dẫn tác dụng của mạch phần ứng: 786
Số cực: 2P
Phần ứng + các cực từ phụ ru  rcp ,  : 0,35
Cuộn ổn định rcks ,  :0,0069
Cuộn ổn định wckn ,  :96,4
Dòng điện định mức của cuộn song song Idm, A : 15001
Từ thông định mức của một cực từ .10  2 : 1,5
Momen quán tính của phần ứng J. kg m 2 : 1,15

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

6


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH

CHƯƠNG III
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
3.1. So sánh các phương án
3.1.1.Hệ truyền động F-D
Sơ đồ nguyên lý :

-Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện phần ứng từ máy
phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều KĐB ĐK, động cơ ĐK củng
kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F.
Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dịng điện kích từ của máy phát tự kích từ F. Nghĩa là để

điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn dây động cơ KT
Đ. Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dịng kích từ máy phát F, do đó điện áp phát ra của máy
phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ. Biến trở RK Đ dùng để điều chỉnh dịng kích từ động cơ,
do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thơng.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ.

I .R
U

 u u
k d k d


Với U =UF – R .I hay

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

7

E.F RuD  RuE

.I u
k d
k d


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH
Từ phương trình đặc tính cơ của hệ F - Đ ta
có họ đặc tính cơ của hệ là những đường

thẳng song song nằm ở cả bốn góc phần t
của mặt phẳng tọa độ với đặc tính cứng

* Đánh giá chất lượng của hệ thống :
- Ưu điểm :
+ Phạm vi điều chỉnh dể dàng và lớn,
+ Có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng,
+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình này đ ược
thực hiện trên mặt kích từ.
+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.
+ Có khả năng quá tải cao.
+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn.
+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ.
+ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và khơng đổi trong quá trình làm việc.
- Nhược điểm :
+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng kềnh chiếm
nhiều diện tích
+ Tổng cơng suất đặt lớn.
+ Vốn đầu tư ban đầu lớn.
+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều chỉnh sâu tốc
độ.
3.1.2.Hệ truyền động Thyristo - Động cơ :

Sơ đồ gồm :
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

8


TRƯỜNG ĐHBKHN

BỘ MÔN TĐH
- FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ.
- BBĐ : Bộ biến đổi dùng tiristor biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều cấp cho
động cơ.
- Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất.
- TH - KĐ : Khâu tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu.
- UCd : tín hiệu đặt vào.
-  .n : tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
* Nguyên lý làm việc của hệ thống :
Giả thiết ban đầu hệ thống đã được đóng vào lới điện với điện áp thích hợp , lúc này động cơ
vẩn chưa làm việc. Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng với một tốc độ nào đó của động cơ
thơng qua khâu tổng hợp khuyếch đại và mạch phát xung (FX) sẻ xuất hiện các xung đưa tới
cực điều khiển của các van bộ biến đổi. Nên lúc này các van đó
đang đặt điện áp thuận thì van đó sẻ mở. Đầu ra của BBĐ có điện áp U Cd đặt lên phần ứng của
động cơ dẩn đến động cơ quay, tốc độ của nó ứng với UCd ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ giảm thì ta
thấy :
Uđk = Ucd - .n , nên khi n giảm i U đk tăng i  giảm iUđ tăng in tăng tới điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình xẩy ra ngược lại, chính là qua trính ổn định tốc độ.
* Họ đặc tính của hệ thống
Sức điện động của BBĐ
Eb = Ebm . cos  = Ub (Ub = U đầu ra của bộ biến đổi ).

K dk .K b .(U d  n)
Eb = Kđk = Ucđ . Kb (Uđ -  .n)   = ar cos.
Ebm
Phương trình đặc tính cơ của hệ thống :





Ud
R  Ru K dk .K b .(U d  n) Rb  Ru
 b


K d  d K d . d
K d . d
K d . d

K .K .U
Rb  Ru
  dk b d 
Iu
1  .K dk .K b 1  .K dk .K b

Họ đặc tính cơ của hệ thống nh hình vẽ :

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

9


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH

* Đánh giá chất lượng của hệ thống :
- Ưu điểm :
+ Tác động nhanh không gây ồn và dể tự động hóa do các van bán dẩn có hệ số khuyếch đại

cơng suất cao.
+ Cơng suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ. Giá thành hạ dể bảo dưởng sửa
chữa.
- Nhược điểm :
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn
thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt phẳng tọa độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos  thấp.
+ Do vai trò chỉ dẩn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối
với các hệ thống đảo chiều.
Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên khơng phù hợp truyền động động cơ tải
nhỏ.
* Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển
Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trường hợp phải sử dụng nguồn điện áp một
chiều có trị số thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳ thuộc mục đích sử
dụng. Các nguồn điện áp một chiều nhà máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi tĩnh
(Khuyếch đại từ) có khá nhiều nhược điểm, trong đó có nhược điểm cơ bản là tổn thất
riêng khá lớn. Cùng với sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử
dụng các bộ chỉnh lưu bán dẫn có điều khiển ngày càng được phổ biến và có nhiều ưu
việt.
* Sơ đồ nối dây hình tia:
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

10


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH

Hình 2.5: Sơ đồ ngun lý hệ thống CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế

* Sơ đồ hình cầu:
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:
- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van có katơt
nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn ; m van có anơt chung ( 2,
4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu
- Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anơt chung, 1 ở nhóm katơt chung.

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế
* Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều - một chiều
- Sơ đồ tia:
Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung. Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện
+ Điện áp Anơt - Katơt phải dương ( UA > 0)
+ Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực điều khiển và Katôt của van

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

11


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia 3 pha
các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định.
Ví dụ: ở pha A, trong khoảng wt = 0   uA>0.
Tuy nhiên ở các khoảng wt = 0  /6  uC > uA
và wt = 5  /6   ub > uA
Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong
khoảng wt =  /6  5  /6. Trong khoảng này nếu tín
hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở. Tương tự với
T2 và T3.

Thời điểm  0 = wt =  /6 đợc gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lưu 3 pha. Nếu
truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc độ điện thì khoảng dẫn dòng
cuả van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2  /3) dẫn đến trị số trung bình của điện áp chỉnh lưu sẽ giảm đi.
Khi góc mở  càng lớn thì Ud càng nhỏ
- Sơ đồ cầu: Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét: Để có dịng qua phụ tải thì
trong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thơng, một ở nhóm anơt chung, một ở nhóm katơt
chung. Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển
mạch thì khi bộ chỉnh lưu cầu m pha làm việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ ln có 2
van có thể dẫn dịng khi có xung điều khiển: Van ở nhóm katơt chung nối với pha có điện áp
dương nhất và van ở nhóm anơt chung nối với pha có điện áp âm nhất. Thời điểm mở tự nhiên
của sơ đồ cầu cũng được xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng:

Để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đưa xung điều
khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn dòng của van làm điện áp
trung bình của chỉnh lưu thay đổi.
Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngồi các thời gian chuyển mạch các van ứng với  (là
khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van tiếp sau đang bắt đầu làm
việc )dòng điện phụ tải id bằng dòng điện trong van đang mở. Do đó dịng điện trong mạch
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

12


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
phụ tải được xác định bởi sức điện động pha làm việc của máy biến áp , cịn độ sụt áp trong
bộ biến đổi thì được xác định bởi độ sụt áp trên pha đó .
ở sơ đị cầu, bên ngồi chu kỳ chuyển mạch vẩn có hai van làm việc đồng thời .Dòng điện phụ
tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp dưới tác dụng của hiệu số sức điện
động của các van tương ứng, nghỉa là dưới tác dụng của sức điện động dây. Sau một chu kỳ

biến thiên của điện áp xoay chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc.
trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu E d ở trạng thái dòng điện liên tục được xác định
như sau : Ed = Eđmcos  Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với
trường hợp  0
Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu là :
Eđm1 =1,17E2f .Với sơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f
Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp
Kết luận : Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.
c, Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều:
Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện áp nguồn
nên ở chế độ xác lập thì dịng qua tải cũng lặp đi lặp lại như vậy (tuỳ thuộc sơ đồ chỉnh lu là
tia hay cầu, số pha chẵn hay lẻ). Như vậy chỉ cần biết dòng và áp trên tải trong khoảng thời
gian là 1/m chu kỳ hay là tương đương góc độ điện 2  / q ( q=2m hoặc q = m). Để xác định
dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong một khoảng thời gian làm
việc của một van.

Hình 2.7 : Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong khoảng thời gian làm việc của van
- U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các van đang
dẫn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét.
- Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf.
- Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud.
- Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đồ thì : u =
Um.sin(wt +  )
+ Um - Biên độ điện áp nguồn (pha hoặc dây)
+  góc pha đầu, được xác định:  =  / 2 -  / q + 
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

13

TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
- T đặc trưng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van, sơ đồ cầu là 2 van nối tiếp nhau,
bỏ qua sụt áp trên van
- Ed, Rd, Ld là các phần tử của phụ tải
- Ud, Id - dòng và áp trên tải.
Phương trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế:

Rd .id  Ld .

did
U m sin(t  )  Ed
dt

(2-5)

Giải phương trình này ta nhận được biểu thức của dòng điện chỉnh lưu:
id i0  I m [1 

sin(  arctg )
1  ( )

2

sin(t   arctg )

e  t /  ]  I m [1 

1  ( ) 2

] (2-6)

Tuỳ thuộc đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà có thể có các chế độ làm
việc khác nhau:
- Nếu trong tồn bộ thời gian làm việc id >0 ta có chế độ dòng tải liên tục
- Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dịng tải có q khoảng bằng không và q khoảng khác
không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế độ dịng tải gián đoạn.
- Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên được gọi là chế độ dòng biên liên tục.
d, Đảo chiều trong hệ thống T - Đ :
Do tính chất dẫn dòng theo một chiều của chỉnh lưu và để phù hợp với truyền động có cơng
suất đã chọn ta dùng phương án đảo chiều trong hệ T- Đ là dùng 2 bộ biến đổi .Một bộ biến
đổi làm việc ở chế độ thuận,một bộ thuận làm việc ở chế độ quay ngược.Để điều khiển các bộ
biến đổi ta dùng phương pháp điều khiển chung.Đây là phương pháp được dùng phổ biến
trongh các truyền động đảo chiều tần số lớn mà còn giảm số lượng thiết bị.
Sơ đồ nguyên lý của hệ T- Đ dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngược điều khiển chung:

CB1

CB2
BBD2 3 pha

3 pha BBD1

CB4

CB3

Hệ thống FX
Hình vẽ 2.8 : Sơ đồ nguyên lý T- Đ dùng 2 bộ biến đổi

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

14


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
Trong sơ đồ biến đổi dùng hai bộ biến đổi có 1 hệ phát xung điều khiển chung đồng thời
phát xung đến 2 bộ biến đổi .Trong đó một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu và một bộ làm việc
ở chế độ nghịch lưu chờ.
Phương án này làm giảm số lượng thiết bị và tăng tần số đảo chiều .Tuy nhiên ở chế độ
dòng gián đoạn hoặc ở chế độ chuyển đổi làm việc giữa hai bộ biến đổi thì xuất hiện dịng
khơng cân bằng nên người ta nối thêm các cuộn kháng cân bằng trong mạch.
3.2. Chọn phương án truyền động :
Qua quá trình phân tích hai hệ thơng F - Đ và T- Đ ta thấy chúng có những ưu điểm
nhựơc điểm nhất định. Cả hai hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt ra.
Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc điểm khác
nhau. Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng thái hoạt động linh hoạt
vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư. Với hệ thống F - Đ khi lắp đặt chiếm diện tích
lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không cao. Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh,
công lắp đặt lớn, vốn đằu tư cao.
Trong giai đoạn CNH – HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu yêu cầu tối
ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ khơng gây ồn, ít ảnh hưởng đến môi trường xung
quanh. Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn chế chưa đáp
ứng được yêu cầu CNH – HĐH hiện nay.
Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta đang dần tiến hành thay thế hệ thống
truyền động F - Đ bằng các hệ truyền động khác. Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuyếch
đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, cơng suất tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ
và gọn nhẹ.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẻ của khoa học công nghệ xu hướng tự động hố các

hệ thống tự động, gia cơng chính xác, nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp
ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử lý.
Nhìn chung hệ thống T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm và những
đặc điểm phù hợp cách truyền động.Vậy em chọn phương án truyền động T - Đ.
Bởi vì hệ T-Đ có chế độ tác động nhanh và dễ tự động hoá , phù hợp với yêu cầu của sự phát
triển khoa học kỹ thuật đó là tối ưu hố, tự động hố gia cơng chi tiết chính xác, độ tin cậy
cao giảm được sức lao động và tăng năng xuất, kích thươc cơ khí gọn nên phần cơ khí của
máy gọn tạo nên tính thẩm mỹ của hệ thống.
Vì kinh tế vốn đầu t và chi phí vận hành thấp hơn nhiều so với hệ truyền động F-Đ.
Muốn xây dựng sơ đồ mạch động lực phải chọn được sơ đồ chỉnh lưu để làm bộ biến
đổi cho mạch, như đã biết ở phần II, hệ T-Đ có tác động nhanh, sđđ E đ của bộ biến đổi. Khi
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

15


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
biến đổi  từ 0 đến


, trị số Eđ biến thiên từ Eđm đến 0. Rõ ràng là các đặc tính cơ và đặc
2

tính tốc độ của truyền động điện là một họ các đường thẳng song song với nhau. Các đường
thẳng đó cắt trục tung tại những điểm tương ứng với các tốc độ không tải lý tưởng

' 0 =

E dm cos   U v

K dm
Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của truyền động điện khi bộ biến đổi là việc ở trạng thái

động điện gián đoạn không thể biểu diễn bằng giải tích được.
Trường hợp bộ biến đổi là việc ở trạng thái dịng điện liên tục, nếu biến đổi góc thơng
van  thì tốc độ khơng tải lý tưởng giả định  ' 0 biến đổi trong một phạm vi rộng. Nếu



  0  thì  ' 0 =0 và động cơ làm việc ở trạng thái hãm động năng. Khi   ,  ' 0  0 ,
2
2
hệ thống truyền động điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh. Khi đó, năng lượng do máy
điện một chiều sinh ra sẽ được bộ biến đổi van biến thành năng lượng điện xoay chiều để
truyền vào lưới cung cấp. Khi này, bộ biến đổi van làm việc ở trạng thái nghịch lưu với đặc
điểm sau: dòng điện trong mạch của nguồn xoay chiều chảy dưới tác dụng của s.đ.đ. E của
động cơ. trong phần lớn khoảng dẫn của van, dòng điện này chảy ngược chiều sđđ của các
cuộn dây máy biến áp.
Để không xảy ra hiện tượng ‘‘đột biến nghịch lưu’’ với dòng điện trong mạch lớn gấp
nhiều lần so với lúc làm việc bình thường, dễ gây hỏng trong bộ biến đổi, mà trước hết là gây
nguy hiểm cho các van, ta phải hạn chế góc thơng van:

 max   (   )
Trong đó:  là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngắt của van.
Trong đó:  là khoảng thời gian để phục hồi tính chất ngắt của van.
Khi tần số lưới là 50Hz, góc phục hồi tính chất ngắt của van ion bằng khoảng 12 0. Đối
với Tiaristo, thời gian phục hồi tính chất ngắt khơng q 150 s , tương ứng với

 3 .

Thường thường, khi phân tích hoạt động của bộ biến đổi ở trạng thái nghịch lưu, người
ta sử dụng khái niệm ‘‘ góc thơng trước’’ của van     .
Tương ứng để loại trừ hiện tượng’’đột biến nghịch lưu’’ ta có điều kiện hạn chế sau:

 min    .
Trong thực tế ở các hệ thống truyền động, van, người ta áp dụng ba phương pháp biến
đổi chiều mômen động cơ sau:
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

16


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH
1 Biến đổi chiều từ thơng động cơ khi chiều dịng điện phần ứng khơng đổi
(hình 3.1).

(3.1)

(3.2)

(3.3)

2 Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ các cơng tắc chuyển đổi (bộ đảo chiều)
(hình 3.2).
3.Biến đổi cực tính điện áp phần ứng nhờ bộ biến đổi van hai nhóm (hình 3.3).
Khi áp dụng hai phương pháp đầu, động cơ được xung cấp từ bộ điều khiển đơn (bộ
biến đổi một nhóm). Tuy nhiên, khi đó rất khó thực hiện chuyển đổi từ trạng thái động cơ
sang trạng thái hãm với chiều quay không đổi. Sơ đồ đầu là rẻ nhất và đơn giản nhất, song có
nhược điểm là thời hạn đảo chiều lớn, bằng khoảng (0,5 - 2,5)s ,( do hằng số thời gian của

cuộn dây kích từ động cơ không lớn). Sơ đồ thứ hai tuy có thời hạn đảo chiều nhỏ hơn nhưng
van khơng thể dưới 0,1s vì trong quá trình đảo chiều, phải đảm bảo thứ tự tác động nhất định
trong hệ thống điều khiển truyền động điện.
Đối với các hệ thống truyền động yêu cầu đảo chiều nhanh và cần có trạng thái động cơ
hay trạng thái hãm trong cùng một chiều quay của động cơ, người ta sử dụng các sơ đồ có hai
nhóm van (bộ biến đổi kép). Mỗi nhóm dẫn dịng điện theo một chiều nên bộ biến đổi có khả
năng dẫn điện theo cả hai chiều. Bộ biến đổi như vậy có thể được nối theo nhiều sơ đồ khác
nhau. Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về mặt
nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngược hoạt động tương tự như nhau. Khi
BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì dịng điện qua tải được đổi
chiều. Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song song ngược với các phương pháp điều
khiển khác nhau. Trong sơ đồ song song ngược, cả hai nhóm van đều đựơc cung cấp từ một
nhóm dây cuốn thứ cấp của máy biến áp.

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

17


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MÔN TĐH
Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái động cơ, một nhóm van, ví dụ 1V,
làm việc ở trạng thái chỉnh lưu cịn nhóm kia 2V bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở trạng thái
nghịch lưu. Trong trường hợp thứ hai, để loại trừ hiện tượng truyền năng lượng do 1V biến
đổi vào lưới qua 2V ta phải bảo đảm Eđ2> Eđ1. Nếu 2V làm việc ở trạng thái chỉnh lưu, thì 1V
phải được khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu. Khi đó, tương ứng với trường
hợp trên, ta có Ed1  Ed2: Như vậy nói chung Edn1  Edc2 , trong đó Edn1 , Edc2 – s.đ.đ của các
nhóm van bộ biến đổi làm việc ở trạng thái nghịch lưu và chỉnh lưu.
Khi hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái hảm tái sinh, một nhóm van làm việc
ở trạng thái nghịc lưu, cịn nhóm van kia bị khoá hoặc chuẩn bị làm việc ở chế độ chỉnh lưu.

Trường hợp này cũng phải đảm bảo quan hệ Edn1  Edc2
Trạng thái làm việc của bộ biến đổi van đảo chiều phụ thuộc rất nhiều vào phương thức
điều khiển cả hai nhóm van . Khi điều khiển chung, tín hiệu điền khiển được đưa vào cả hai
nhóm van sao cho đảm bảo được E dn1  Edc2 . Trường hợp này cần hạn chế dòng điện cân
bằng chạy giữa hai nhóm van dưới tác dụng của các trị số tức thời của s.đ.đ các nhóm van. Do
đó trong mạch của bộ biến đổi người ta nối các cuộn kháng cân bằng CB1 – CB4, như hình
vẽ.

Hình 3.4 : Sơ đồ nối song song ngược của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay
Để loại trừ dịng điện cân bằng người ta sử dụng phương pháp điều khiển riêng các nhóm
van của bộ biến đổi . Khi đó các tín hiệu điều khiển (xung) chỉ được đưa vào nhóm van đang
làm việc, cịn ở nhóm van kia (nhóm khơng làm việc tại thời điểm dang xét ) khơng có xung
điều khiển nên nó bị ngắt. để thay đổi trạng thái làm việc của bộ biến đổi người ta dùng một
thiết bị biến đổi đặc biệt để ban đầu làm mất xung điều khiển trên nhóm van đang làm việc,
rồi sau đó một khoảng thời gian ngắn (5 - 10  s) đưa xung điều khiển lên nhóm van thứ hai.

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

18


TRƯỜNG ĐHBKHN
BỘ MƠN TĐH
Ta có sơ đồ mạch lực như sau :

Hình 3.5 : Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động.
Trong sơ đồ gồm có:
-

Máy biến áp BA :Làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho mạch

-

CK là cuộn kháng dùng để lọc nguồn 1 chiều gọi là cuộn kháng san bằng.

-

BD là các máy biến dòng được sữ dụng để lấy tín hiệu âm dịng điện, đưa trở lại
khống chế đầu vào mạch điều khiển.

-

Các bộ R-C được mắc song song với các Tiristor trong các quá trình chuyển mạch và
biến thiên

-

du di
;
.
dt dt

Đ là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập, dùng để truyền động cho hệ thống.

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ

19