đồ án ''''thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn năng 2620b''''

Đồ án: thiét kế hệ thống trang bị điện cho
truyền động ăn dao của máy doa vạn năng
2620B


Mục lục
Lời nói đầu.............................................................................................1
ChươngI : Giới thiệu về cơng nghệ máy doa ..............................................3
ChươngII:Chọn phương án truyền động.tính chọn cơng suất động cơ và
mạch lực………………………………………………………………...6
ChươngIII: Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống..............................................19
Chương IV: Thiết kế mạch dieu khien……………………………………..23

Lời nói đầu
Trong điều kiện công cuộc kiến thiêt nước nhà đang bước vào thời
kỳ cơng nghiệp hố - hiện đại hố với những cơ hội thuận lợi và những


khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những người
chủ tương lai của đất nước những nhiệm vụ năng nề. Đất nước đang cần
sức lực và trí tuệ cũng như lịng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong
đó có những kỹ sư tương lai.
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử - tin học nói riêng làm cho bộ mặt
của x• hội thay đổi từng ngày. Trong hồn cảnh đó, để đáp ứng được
những điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện
tương lai phải được trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách
sau rộng.
Trong khn khổ chương trình đào tạo kỹ sư nghành tự động hoá - cung
cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trước kết thúc mơn học, để hệ thống
hố lại những kiến thức đ• được học cũng như có điều kiện tiếp cận với

những mơ hình kỹ thuật chun nghành của thực tiễn trong sản xuất,
đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội tư duy độc lập nghiên cứu
và thiết kế.
Thực tiễn trong các xí nghiệp cơng nghiệp hiện nay đang đặt ra vấn đề
là phải cải tạo, nâng cấp lại những thiết bị và dây truyền sản xuất cũ theo
quan điểm là giữ lại những phần thiết bị đ• hồn thiện hoặc cịn phù hợp,
cải tạo và thay thế những phần đ• lạc hậu hoặc có nhiều nhược điểm để
cho ra những thiết bị có độ hồn thiện cao. Khi đưa vào sản xuất cho
năng suất và chất lượng sản phẩm cao. Dựa trên nền tảng đó bản đồ án
thiét kế hệ thống trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa vạn
năng 2620B tập trung vào giải quyết, cải tạo hệ thống trang bị điện cho
máy. Bản đồ án gồm 5 phần:
 Chương I: Tìm hiểu cơng nghệ của máy
 Chương II: Tính chọn phương án truyền động và công suất
động cơ
 Chương III: Tổng hợp hệ thống truyền động
 Chương IV: Thiết kế mạch điều khiển
 Chương V: Mô phỏng hệ thống bằng Matlap Simulink
Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân
nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính tốn logic
và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách
logic,gọn nhằm giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ
những tài liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức cịn hạn chế, trong
phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn nên bản đồ án khơng khỏi
cịn những khiếm khuyết. Em mong nhận được sự góp xây dựng của các
thầy cũng như bè bạn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.


Trong qúa trình làm đồ án em đ• nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn

bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Lấ MINH HÀ, và các
thầy cô trong bộ mơn tự động hố của trường. Em xin chân thành cảm
ơn sự giúp đỡ này.
Tác giả thiết kế
Sinh Viên

Chương i
giới thiệu công nghệ của máy doa
I- chức năng và công dụng của máy doa
Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phương pháp gia
công chi tiết ,doa thuộc cơng đoạn gia cơng tinh ,nó gia cơng các lỗ đ•
được khoan ,kht, những lỗ hình cơn, hình trụ, cắt ren. Ngồi ra máy
doa cịn có thể được dung để phay.
Doa là một phương pháp gia công tinh nó có thể đạt độ bóng bề mặt từ
6- 9 và cấp chinh xác từ 4 - 2 hoặc cấp chính xác 1.
II- phân loại máy doa
Máy doa là máy gia công cắt gọt kim loại . Trên truyền động chính của
máy có thể gá mũi khoan hoặc mũi doa, vì vậy máy có thể gia cơng thơ (
khoan ,kht các lỗ hình cơn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi
doa.
Đặc điểm của máy doa là có thể gia cơng đồng thời nhiều lỗ có trục song
song hoặc trục thẳng góc với nhau.
Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , cơng dụng và mức độ
chun mơn hố khác nhau.
- Nếu phân loại theo chức năng, cơng dụng có thể phân ra :
+ Máy khoan , khoét
+ Máy doa
- Phân loại theo chuyển động :
+Doa đứng: dao quay theo phương thẳng đứng
+Doa ngang: dao quay theo phương nằm ngang

- Phân loại theo mức độ trang bị điện :


+Loại đơn giản: thường dùng động cơ KĐB khơng có điều chỉnh tốc
độ về điện.
+Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng
cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ
thống hở.
+Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển
theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình . Đây là loại máy
doa gia cơng có độ chính xác rất cao.
- Nếu phân loại theo trọng lượng của máy ,ta có:
+Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn
+Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn
+Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn.
III giới thiệu máy doa 2620B
1-Giới thiệu máy
Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ
ba,Đây là loại máy có vay trị quan trọng trong nền cơng nghiệp bởi vì
nó là loại máy doa vạn năng . Loại máy này có hệ thống trang bị điện
hiện đại, nó có thể gia công được nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng
cơng nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên
công sau:
- Nguyên công doa: thường doa các lỗ hình cơn ,hình trụ, các mặt phẳng
vng góc với nhau có độ định tâm cao.
- Ngun cơng tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt
đầu, cắt ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được
truyền từ trục chính.
-Ngun cơng khoan: khi cần gia cơng các lỗ có độ định tâm cao ta có
thể thực hiện trên máy doa, nguyên công này thường nặng nề nhất.

- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong
,phay mặt ngoài.
2/ Cảc truyền động cơ bản của máy doa
a, Truyền động chính
Truyền động chính trong máy doa 2620B là truyền động quay mâm gá
dao, truyền động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc,
thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ  - YY
Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ
hộp tốc độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng chưa ăn khớp động cơ
được đóng điện với mơ men nhỏ tạo điêù kiện cho các bánh răng vào ăn
khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phương
pháp thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí.


Động cơ chính được h•m ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút
thử máy.
b, Truyền động ăn dao
Bao gồm các truyền động:
- Chuyển động tịnh tiến theo phương ngang.
-Chuyển động sang trái.
-Chuyển động sang phải
Ngồi ra cịn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các
chuyển động này được truyền động bằng động cơ điện một chiều kích từ
độc lập và nó là truyền động quan trọng nhất, phức tạp nhất trong máy
doa với những yêu cầu về các thông số chất lượng rất cao.
c, Các truyền động phụ
- Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động cơ
KĐB ro to lồng sóc.
- Các truyền động bơm nước, bơm dầu...

Chương II
tính chọn phương án truyền động và cơng suất động cơ
I. Tính chọn cơng suất động cơ truyền động.
Việc chọn đúng công suất động truyền động là hết sức quan trọng.Nếu
chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần thiết thì vốn đầu tư sẽ
tăng,động cơ thường xuyên chạy non tải làm cho hiệu suất và hệ số công
suất thấp.Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn trị số u cầu thì máy sẽ
khơng đảm bảo năng suất cần thiết,động cơ thường phải chạy quá tải,làm
giảm tuổi thọ động cơ,tăng phí tổn vận hành do phải sửa chữa nhiều.
Dựa vào các số liệu đ• cho ta có thể tính được cơng suất động cơ:
+Lực ăn dao: Fad = 50 000 N
+Tốc độ ăn dao: Vad = 2500(mm/ph)=0,033.10-38,333.103(m/s)
+Bán kính qui đổi  ( =v/) 0,00006(m).
+Hiệu suất:  = 0,8
+Mơ men qn tính cơ cấu ( j ): 0,01(kg/s2)
Cơng suất ăn dao của máy doa: Pad = Fad.Vad (W)
Pad =50 000.8,333.10-3 =416,65 (W)


Công suất động cơ truyền động ăn dao (với hệ số dự trữ là 1,3)
Pc =1,3. (W)
Tốc độ động cơ:
(rad/s)
nĐ=9,55.Đ= 9,55.138,9=1326(vg/ph)
Tớnh mụmen động cơ:
Nm

Đ= =

Theo tính tốn ở trên ta chọn động cơ cho truyền động ăn dao của máy

doa như sau:
*M• hiệu 31
*Pđm = 1 (KW)
*nđm = 1000 (vg/ph)
*Iđm =5,7(A)
*Uđm =220 (V)
*Rư +Rp=3,17 ()
*p =2: (Số đôi cực)
*Iktđm=0,49(A)
*nmax=2000(vg/ph)
*J =0,116 (kgm2 ):J là mơmem qn tính của phần ứng
Kiểm nghiệm cụng suất động cơ đó chọn
Kiểm nghiệm cụng suất.
Ta cú: 1 kW = PĐC >Ptt = 0,677 kW.
Như vậy động cơ đó chọn thỏa món về cụng suất
Kiểm nghiệm mụmen.
Ta cú:
=> Mđm = kфđmIưđm = 1,45.5,7 = 8,26 Nm
Ta nhận thấy Mđm > Mcmax = 3,75 Nm
Vậy động cơ đó chọn thỏa món yờu cầu về momen.
II. Lựa chọn phương án truyền động.
Chọn phương án truyền động là dựa trên các u cầu cơng nghệ và kết
quả tính chọn cơng suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền
động có thể thoả m•n u cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ
thể mà ta có thể lựa chọn được một vài phương án hoặc một phương án
duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ

phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động ăn dao
của máy tiện thì ta có các phương án truyền động sau:
+ Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
+ Hệ thống truyền động chỉnh lưu thyristor- động cơ một chiều(Hệ T-Đ).
+ Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng phương pháp
điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ)
1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ) là hệ truyền động điện mà
bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát
điện này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và
coi tốc độ quay của máy phát là khơng đổi.
Hình 2.1. Sơ đồ ngun lý hệ F-Đ.
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên Hình 2.1. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của truyền động ăn dao máy tiện M được cấp
điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không
đổi là động cơ điện khơng đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dịng điện kích từ
máy phát iKF hoặc kích từ động cơ iKĐ thì điều chỉnh được tốc độ của
hệ thống.Đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dịng kích từ.
* Ưu điểm:
+Ưu điểm nổi bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc
rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
+Điều chỉnh tốc độ được cả hai phía:Điều chỉnh dịng kính từ máy máy
F và dịng kích từ động cơ Đ.
+Có thể thực hiện được các chế độ làm việc:Động cơ,h•m tái sinh,h•m
động năng và h•m ngược.
*Nhược điểm
+Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phi lắp đặt,gây tiếng ồn.

+Máy phát một chiều có từ dư nên đặc tính từ hố có trễ khó điều
chỉnh sâu tốc độ.
2. Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor - Động cơ một chiều(T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông
qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng thyristor.


Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu
thyristor. Dịng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động
cơ. Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều
khiển và các tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lưu
thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên
tục:
Độ cứng của đặc tính cơ là trong đó R là tổng trở toàn mạch phần ứng
động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ Rư và điện trở các phần tử
trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).  UV:tổng điện áp rơi trên
van.
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào góc điều khiển  :
*Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, khơng gây
ồn và dễ tự động hố do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại cơng suất
rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động
điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và các
đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn
với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu
suất lớn.
*Nhược điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi

tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất
phụ trong máy điện và ở các truyền động có cơng suất lớn còn làm xấu
dạng điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số cơng suất cos của
hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.
3. Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) được sử dụng rộng r•i trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn
so với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của
công nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động
cơ KĐB mới khai thác các ưu điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền
động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ.
Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và
phần ứng không tách biệt, từ thông động cơ cũng như mômen động cơ
sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động


truyền động điện KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến
mạnh. Trong định hướng xây dựng hệ truyền động điện động cơ không
đồng bộ, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnh của
truyền động điện một chiều. ứng dụng chủ yếu của các thiết bị bán dẫn
công suất để điều chỉnh tốc độ xoay chiều là các bộ nghịch lưu có tần số
thay đổi. Để có được các đặc tính điều khiển có thể so sánh được với đặc
tính động cơ một chiều, cần sử dụng thiết bị điều khiển và thiết bị cơng
suất phức tạp hơn. Do đó, ta thường sử dụng truyền động điện xoay
chiều cho các hệ truyền động có tốc độ khơng đổi.
Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ – ĐK diểu chỉnh tấn số
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành
cơng nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao

tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều
nói chung và động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị
cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của
nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn ... hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất
là những cơ cấu có yêu cầu tốc độ cao như máy ly tâm, máy mài... Đặc
biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn
cung cấp sử dụng cho động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết
cấu đơn giản vững chắc, giá thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi
trường. Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển
rất phức tạp. Đối với hệ thống này, động cơ không nhận điện từ lưới
chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần
số và điện áp ra một cách độc lập với nhau. Thường sử dụng hai loại
biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực tiếp và biến tần gián
tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền động điện có thể
sử dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng có thể dùng bộ
biến đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay ba pha.
a) Biến tần trực tiếp
Có sơ đồ cấu trúc đơn giản ( Hình 2.4a). Điện áp vào xoay chiều u1 (tần
số f1) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác.
Vì vậy, loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có
một lần biến đổi điện năng và cho phép thực hiện h•m tái sinh năng
lượng mà khơng cần có mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng
thực hiện điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với
dạng sóng điện áp gần hình sin. Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức


tạp, số lượng van lớn đối với mạch ba pha. Việc thay đổi tần số ra f2 khó
khăn và phụ thuộc vào tần số vào f1, số pha đầu vào của nguồn và số
khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm van.
Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều

chỉnh tần số f2  f1. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f2
 f1 nhưng mức độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp
hay được dùng cho truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp,
thí dụ để cung cấp cho các động cơ rơtor lồng sóc, các động cơ rơtor dây
quấn cấp bởi hai nguồn, các động cơ đồng bộ...
Hình 2.4 Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và nghịch lưu độc lập (b)
b) Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian một chiều) – nghịch lưu độc
lập: Sơ đồ cấu trúc được trình bày trên (Hình 2.4b). Trong loại biến tần
này, điện áp xoay chiều đầu tiên được chuyển thành điện áp một chiều
nhờ bộ chỉnh lưu, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều
với tần số f2. Việc biến đổi năng lượng hai lần làm giảm hiệu suất biến
tần. Song, loại biến tần này cho phép thay đổi dễ d•ng tần số ra f2 không
phụ thuộc vào tần số vào f1 trong một dải rộng cả trên và dưới f1 vì tần
số ra chỉ phục thuộc vào mạch điều khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ
điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý và dùng van lực là các loại transistor
đ• cho phép phát huy tối đa các ưu điểm của loại biến tần này. Vì vậy,
đa số các biến tần hiện nay là biến tần nghịch lưu độc lập với nguồn
cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp. Tuy nhiên, nếu sử dụng van
thyristor vẫn cịn một số khó khăn nhất định khi giải quyết vấn đề khoá
van.
*Biến tần nguồn áp: Nghịch lưu điện áp có đặc điểm dạng điện áp
ra tải được định hình sẵn cịn dạng dịng điện ra tải lại phụ thuộc vào
tính chất tải. Nguồn áp được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu với đầu ra
được nối song song với một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp
nguồn ít bị thay đổi và để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải
của động cơ. Điện áp ra của nghịch lưu điện áp khơng có dạng hình sin
mà đa số là dạng xung chữ nhật. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên
tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần
nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà
khơng phụ thuộc vào lưới điện.

*Biến tần nguồn dịng: Trong các hệ truyền động điện điều
chỉnh động cơ xoay chiều, nguồn dịng thường được sử dụng cho các hệ
thống cơng suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là
các van điều khiển hồn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, được sử


dụng rộng r•i để điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng
sóc.Biến tần nguồn dịng có ưu điểm là tăng được công suất đơn vị máy,
mạch lực đơn giản mà vẫn thực hiện h•m tái sinh động cơ. Khi làm việc
với tải là động cơ xoay chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn
tại các thời điểm chuyển mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha.
Trong thực tế, thường sử dụng các van điều khiển khơng hồn tồn, vì
vậy cần có các mạch khoá cưỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm chuyển
mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều
chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng.
Nguồn điện một chiều cấp cho nghịch lưu phải là nguồn dịng điện, tức
là dịng điện khơng phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu điều
khiển. Nguồn dịng thường được tạo ra bằng một bộ chỉnh lưu có đầu ra
nối tiếp với điện cảm có giá trị lớn.
Mặc dù động cơ khơng đồng bộ ba pha có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,
vận hành an toàn và sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều
ba pha, nhưng về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều
có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác: có khả năng điều
chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản
hơn và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Chính vì vậy ta sẽ chọn phương án thiết kế hệ truyền động chỉnh lưu
Thyristor - động cơ một chiều.
III.Tính chọn mạch lực.
1.Chọn máy biến áp.
- Điện áp sơ cấp biến áp:

U1=380V
- Điện áp thứ cấp biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Udo .cos min=Udo +2 Uv + Udn + Uba
Trong đó:
 min=150 là góc dự trữ khi có sự suy giảm lưới điện.
 Uv =1,6Vlà sụt áp trên Tiristor
 Udn  0 là sụt áp trên dây nối
 Uba là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp.
chọn sơ bộ:  Uba=6%Ud=6%.380 =22,8V
 Udo =
Vậy: U2=
- Cơng suất biểu kiến máy biến áp:
S = Ks.Pdmax=
- Dịng điện thứ cấp MBA:


I2=1,11.Id =1,11.5,7 =6,33(A)
- Dòng điện sơ cấp MBA:
I1=kba .I2 =
2. Chọn Tiristor
-Điện áp ngược lớn nhất mà Tiristor phải chịu:
d
-Điện áp ngược của Tiristor cần chọn:
Unv=KdtU.Ungmax=1,8.210 =3,78(V)
-Dòng điện làm việc của van:
Trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng điện hiệu dụng
- Chọn điều khiển làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ
diện tích toả nhiệt khơng có quạt đối lưu khơng khí,với điều kiện đó
dịng điện định mức của van cần chọn:

Iđm=ki.Ilv=3,2.3,3=10,56(A)
(ki là hệ số dự trữ dịng điện,chọn ki=3,2)
* Từ các thơng số Unv , Iđmv ta chon van loại SKT10/100 có các
thơng số sau:
Điện áp ngược cực đại của van Ungmax= 300(V)
Dòng điện định mức của van Iđm= 10(A)
Đỉnh xung dòng điện 200(A)
Dòng điện của xung điều khiển 70(mA)
Điện áp của xung điều khiển 3(V)
Dòng điện rò 3(mA)
Sụt áp lớn nhất của tiristor ở trạng thái dẫn U = 2,1(V)
Tốc độ biến thiên điện áp
Dòng điện tự giữ 150(mA)
Thời gian chuyển mạch tcm = 80(s)
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép Tmax =1250C
3. Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện
Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất
cho người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch
bảo vệ là phải có biện pháp phịng chống các sự cố và các trạng thái làm
việc bất thường xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.


Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải
được bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm
như ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua
van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi.
3.1.Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ
biến đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá
dòng, quá điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn
mạch một số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện

cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống như cầu chì,
áptơmát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển như khoá thyristor,
cắt nguồn ni, khố các bộ điều chỉnh...
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến
đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ
biến đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ)
sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ thơng, sử dụng rơle bảo vệ mất từ
thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy
biến áp...
3.2.Bảo vệ trong bộ biến đổi
a. Bảo vệ quá nhiệt
Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua van, cơng suất
tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt
nóng lớn nhất. Ngồi ra, q trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất
điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ,
mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có
thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta có biện pháp.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện
bằng phương pháp dùng cánh toả nhiệt.
b. Bảo vệ quá điện áp trên van
Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch R- C, bảo vệ từng
thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp do
các nguyên nhân nội tại gây ra,sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn
trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dịng điện ngược khi khoá van
trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm
ứng rất lớn trên các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anốt và catốt của
van. Mạch R- C mắc song song với van tạo ra mạch vịng phóng điện
tích trong q trình chuyển mạch nên van khơng bị q điện áp.
Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các trị số kinh nghiệm:
C = 1F và R = 1K.

Hình 2.5 Sơ đồ bộ biến đổi có bảo vệ q áp
Chương III. Tổng hơp hệ thống truyền động
1.Mơ hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện.
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải
đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại lơợng điều chỉnh mà không phụ
thuộc vào tác động của các đại lơượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống
điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền động ăn dao máy
doa có cấu trúc đơợc trình bày trên hình vẽ 3.1 gồm : động cơ truyền
động M quay truyền động bàn dao Mx và bộ chỉnh lơưu cầu ba pha BĐ
(đơược gọi là phần lực), các thiết bị đo lơờng ĐL và các bộ điều chỉnh R
(đơược gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ược gọi
là tín hiệu đặt (THĐ) ngồi ra cịn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác
động lên hệ thống.
Hình 3.1.Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện
2. Mô tả toấn học động cơ điện một chiều.
-Điện cảm phần ứng:Lư =
(trong đó kL là hệ số,lấy giá trị 5,5  5,7 đối với máy khơng bù và kL=
1,4  1,9 đối với máy có bù; p là số đơi cực).
kđm = 1,93
-Mơmen qn tính: J = Jd +Jm= 0,116+0,01=0,126(kg.m2)
-Hằng số thời gian cơ học: Tc =
-Hằng số thời gian điện từ : Tư =
-Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
= 114 – 0,85M
hoặc: = 114 – 1,62Iư
3.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống,
xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ,

điều chỉnh gia tốc... Hệ thống truyền động điện động cơ truyền động ăn
dao máy tiện có hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời
gian điện từ của mạch phần ứng Tươ nên ta có thể coi sức điện động của
động cơ khơng ảnh hơởng đến q trình điều chỉnh của mạch vòng dòng
điện.


Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện đươợc thể hiện trên
hình 3.2, trong đó F là mạch lọc tín hiệu, Ri là bộ điều chỉnh dịng điện,
BĐ là bộ chỉnh lơưu cầu ba pha, Si là sensor dịng điện.
Hình 3.2 Sơ đồ khối của mạch vịng dịng điện.
Tf, Tđk, Tvo , Tươ , Ti là các hằng số thời gian của mạch lọc, mạch điều
khiển chỉnh lưu, sự chuyển mạch chỉnh lơưu, phần ứng và sensor dòng
điện. Rươ là điện trở mạch phần ứng và KCL, Ki là hệ số khuếch đại của
chỉnh lơưu và sensor dòng điện.
KCL = = 25,47; = 0,877; Tf =Ti =Tđk = 0,001 (s) << Tươ ;
Tươ = 0,034(s); Tvo = = 0,005(s)
Hàm truyền của mạch vũng dòng điện ( hàm truyền của đối tươợng
điều chỉnh):
Đặt Ts = Tf + Tđk + Tvo + Ti = 0,001+0,001+0,001+0,005=0,008 <
Tơư = 0,034 có thể viết lại hàm truyền ở dạng gần đúng nhơư sau:
áp dụng tiêu chuẩn tối ơưu module, ta tìm được hàm truyền của bộ
điều chỉnh dịng điện có dạng khâu tỷ lệ – tích phân PI, trong đó đ• chọn
Ts = Ts =0,008s
Hàm truyền của mạch vòng dòng điện sẽ là:
4.Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Sensor tốc độ : và hằng số thời gian lọc Tw = 0,001 (s)
Hình 3.4 Sơ đồ khối của hệ điều chỉnh tốc độ
Theo kết quả tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, ta có hàm
truyền của mạch vịng dịng điện là:

Để thuận tiện trong tính tốn tiếp theo, ta bỏ qua thành phần 2 để thu
đư-ợc biểu thức gần đúng của hàm truyền mạch vòng điều chỉnh dòng
điện hệ thống:
Đặt = 0,0085(s), khi đó đối tươợng điều chỉnh có hàm truyền:
Theo tiêu chuẩn tối ơưu module, ta có thể xác định đơược hàm truyền
của bộ điều chỉnh tốc độ là khâu tỷ lệ P.


35,19
Hàm truyền của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là:
Chương iv.thiết kế mạch điều khiển
I.Mạch điều khiển tiristo.
1.Nguyên lý mạch điều khiển.
Tiristo chỉ mở cho dòng điện chảy qua khi có điện áp dơương đặt trên
anot và xung áp dương đặt vào cực điều khiển G. Sau khi thyristor đ• mở
thì xung điều khiển khơng cịn tác dụng, dịng điện chảy qua do thông số
của mạch động lực quyết định.
Mạch điều khiển có các chức năng sau:
Điều chỉnh đơược vị trí xung điều khiển trong phạm vi điều chỉnh
ứng với nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên anot – catot của tiristo.
Tạo ra đươợc các xung điều khiển đủ điều kiện mở đơược tiristo
(xung điều khiển thươờng có biên độ và độ rộng xung xác định
Cấu trúc của mạch điều khiển một tiristo đựoc trình bày trên hình 4.1.
ucm - điện áp điều khiển, điện áp một chiều.
us - điện áp đồng bộ, điện áp xoay chiều hoặc biến thể của nó, đồng
bộ với điện áp anot – catot uAK của tiristo.
Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều
khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a.
Bằng cách tác động vào ucm có thể điều chỉnh đơược vị trí xung điều
khiển, cũng tức là điều chỉnh góc điều khiển a.

Hình 4.1 Cấu trúc mạch điều khiển
2.Nguyên tắc điều khiển.
Trong việc điều khiển chỉnh lưu thì việc tạo thời điểm để phát xung mở
Tiristor là một khâu rất quan trọng. Việc điều khiển chỉnh lưu thường sử
dụng hai nguyên tắc đó là nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính
và nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos để điều chỉnh vị trí xung
trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt lên Tiristor.
Sau đây ta sẽ mô tả về hai nguyên tắc điều khiển. Sơ đồ trình bày
trên hình 4.2 là nguyên tắc điều khiển kiểu arccos. Người ta sử dụng hai
điện áp :
-Điện áp đồng bộ US vượt trước điện áp UAK=Umsint của Tiristor
một góc bằng /2 vậy Us =Usm cos t


Điện áp điều khiển là điện áp một chiều có thể điều chỉnh được biên
độ theo hai chiều (dương và âm ). Nếu đặt US vào cổng đảo và Ucm vào
cổng khơng đảo của một khâu so sánh thì ta sẽ nhận được một xung rất
mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái :

Usm cos= Ucm
Vậy khi Ucm= Usm thì =0
Ucm =0 thì  =/2
Ucm = -Usm thì =
Như vậy khi điều chỉnh Ucm từ giá trị +Usm đến -Usm thì ta có thể
điều chỉnh được góc  từ 0.
Đối với nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính thì tại thời
điểm xuất hiện sự cân bằng giữa điện áp điều khiển Ucm và điện áp tựa
(cũng chính là điện áp đồng bộ trùng pha với điện áp đặt lên A-K của
Tiristor và thường đặt vào đầu đảo bộ so sánh. Thông thường điện áp tựa
thường có dạng răng cưa. Như vậy bằng cách biến đổi Ucm người ta có

thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra theo đồ thị nguyên tắc
điều khiển thẳng đứng tuyến tính hình 4.3


Ta xác định góc điều khiển  theo phương trình :
Với  :góc mở của Tiristor
Uđk :điện áp điều khiển
Usm :điện áp đồng bộ cực đại
Thông thường người ta thường lấy Ucm max =Usm Nhận thấy rằng
góc  là một hàm tuyến tính của điện áp điều khiển Ucm.Vậy ta có thể
điều khiển góc  thơng qua điều khiển điện áp một chiều
II.Cấu trúc từng khối chức năng
1. Các bộ điều chỉnh Rw và Ri
Bộ điều chỉnh là một trong những phần tử quan trọng nhất trong hệ
điều chỉnh tự động truyền động điện vì nó đảm bảo chất lơượng động và
tĩnh của hệ thống.
Bộ điều chỉnh có hai nhiệm vụ:
Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ của hệ
Tạo hàm điều khiển đảm bảo chất lươợng động và tĩnh của hệ
thống.
Trong hệ thống ta sử dụng hai bộ điều chỉnh: bộ điều chỉnh tỷ lệ P
dùng điều chỉnh tốc độ và bộ điều chỉnh tỷ lệ - tích phân PI để điều
chỉnh dòng điện.
Hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
Hàm truyền của bộ điều chỉnh tốc độ: 35,19
Chọn R = KW; R2 = W; R3 = W; C = mF. Để tạo mạch lọc F, ta nối
thêm tụ Ck = 5mF song song với điện trở R3.
2. Khối đồng pha

Hình 4.3: sơ đồ mạch tạo điện áp đồng pha

Nguyên lý hoạt động của khối đồng pha:


Khi cấp nguồn 380V vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp
của biến áp được hạ áp. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0 nửa chu kỳ
đầu điện áp dương đặt trên D1, D1 sẽ thơng và D2 sẽ bị khố, nửa chu
kỳ sau tại thời điểm t2= điện áp xoay chiều đảo dấu và thế dương
được đặt vào anôt D2, D2 sẽ thông và D1 bị khoá. Vậy điện áp xoay
chiều được qua chỉnh lưu thành điện áp một chiều nửa hình sin.
Điện áp 1 chiều nửa hình sin liên tiếp được đưa vào cửa đảo của khâu
so sánh OA1.
Điện áp được đưa vào cửa + của OA1 là điện áp 1
chiều phẳng Uđ có giá trị:Ui min < Uđ cửa đảo OA1 lớn hơn điện áp Uđ trên cửa + của OA1 thì tại cửa ra của
OA1 một điện áp âm. Còn khi điện áp trên cửa đảo của OA1 nhỏ hơn
điện áp trên cửa + thì điện áp ra của OA1 sẽ là 1 điện áp + đặt lên điốt D.
Như vậy OA1 có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của Ui với Uđ
trên cửa đảo và tạo ra trên đầu ra một điện áp dương, âm dạng xung liên
tiếp.
3.Khâu tạo điện áp răng cưa

Hình 4.4: sơ đồ mạch của khâu tạo điện áp răng cưa
Nguyên lý hoạt động của khâu tạo điện áp răng cưa:
Mạch làm nhiệm vụ tạo điện áp răng cưa đưa vào cửa đảo của OP2.
Khi U3< 0 thì T khố, đầu ra OP2 có giá trị U4=+Vcc ,tụ C được nạp
điện theo đường : - E  R  C  U4
Khi U3>0 thì T mở tụ C phóng qua T làm U4 giảm nhanh có xu
hướng đạt giá trị 0V. Đây chính là giá trị điện áp tại tụ C ở thời điểm đầu
của quá trình nạp.

4. Khâu so sánh

Hình 4.5: sơ đồ khâu so sánh
Điện áp răng cưa được so sánh với điện áp điều khiển . điên áp răng cưa
được đưa vào cửa đảo của OP3 còn điện áp điều khiển được đưa vào
cửa + của OP3 .
khi Uđk > urc thì ở đầu ra của OP3 ta sẽ có một tín hiệu xung dương ,
cịn khi Uđk < urc thì ở đầu ra của OP3 ta sẽ có một tín hiệu xung âm.
5. Khâu tạo điện áp nguồn cung cấp
Nguồn điện áp một chiều dùng trong mạch tạo xung điều khiển
thường là nguồn điện áp ổn định trước những dao động bất thường của
lưới điện xoay chiều. Vì vậy, phải sử dụng mạch ổn áp.
Ta cần chọn nguồn nuôi  12V để nuôi IC, các bộ điều chỉnh dòng
điện tốc độ , điện áp đặt tốc độ . Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng
điốt, điện áp từ cấp MBA nguồn nuôi :
,Ta chọn U2 = 9V.
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng hai vi mạch ổn áp 7812
và 7912, các thông số chung của vi mạch này:
Điện áp đầu vào : UV = 7 -> 35V.
Điện áp đầu ra : UR = 12V với IC 7812
UR = - 12V với IC 7912.
Dòng điện đầu ra : IR = 0-> 1A.
Hình 4.6: Nguồn điện áp một chiều dùng vi mạch LM78**, LM79**
6.Mạch dao động
Sử dụng vi mạch TIMER 555 do h•ng Signetics chế tạo làm mạch phát
xung chủ đạo với tần số xung ra 1kHz.
Hình 4.7: Mạch dao động sử dụng vi mạch TIMER 555.
7. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung

Các xung điều khiển được băm nhỏ thành các chùm xung để đảm bảo
mở các thyristor một cách chắc chắn và được khuếch đại tới công suất
đủ lớn. Việc tạo chùm xung được thực hiện bằng cách đưa xung điều
khiển và xung dao động từ bộ dao động tới hai đầu vào của một mạch
AND (trong trường hợp này ta sử dụng vi mạch LS7400). Các xung
chùm có được ở lối ra cổng AND sẽ được khuếch đại gồm hai transistor
đấu theo sơ đồ Darlington nhằm nâng cao hệ số khuếch đại dòng. Cuối
cùng các xung điều khiển được đưa tới biến áp xung để tới cực điều
khiển của thyri
Hình 4.8: Mạch KĐ xung và BA xung
Đặc điểm và ứng dụng của biến áp xung
- BAX dễ truyền tín hiệu điều khiển
- Tạo ra được biên độ xung theo yêu cầu
- Cách ly về điện giữa mạch lực và mạch điều khiển
- Dễ thay đổi cực tính xung ra
- Dễ phân bố các xung đi các kênh điều khiển
Tài liệu tham khảo
1. Điều chỉnh tự động truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Phạm
Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi – Nhà xuất bản Khoa
học kỹ thuật Hà Nội 1999.
2.
Truyền động điện – Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn
Thị Hiền – Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1998.
3.
Lý thuyết điều khiển tự động – Phạm Công Ngô - Nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật Hà nội 2000.
4.
Điện tử cơng suất – Nguyễn Bính – NXB Khoa học kỹ thuật Hà
Nội 2000.

5.
Trang bị điện điện tử máy gia công kim loai – Nguyễn Mạnh Tiến ,
Vũ Quang Hồi – Nhà xuất bản giáo dục.


6.
Máy điện – Vũ Gia Hanh , Trần Khánh Hà , Phan Tử Thụ ,
Nguyễn Văn Sáu – Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật Hà Nội 2006.