đồ án ký thuật điện điện tử Thiết kế hệ thống trang bị điện – tự động hoá cho hệ thống truyền động quay chi tiết máy mài

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Lời nói đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử. Ngành
điện khí hoá xí nghiệp cũng phát triển cả bề rộng và chiều sâu, nó xâm nhập
vào hầu hết các ngành công nghiệp của nên kinh tế quốc dân, nó đã thay thế
yếu tốc con người ở những khu vực nguy hiểm, làm tăng năng suất lao động,
dẫn đến hạ giá thành sản phẩm và càng ngày ngành trang bị và tự động hoá
cho các máy sản xuất càng phát triển với những thiết bị mới hiện đại hơn .
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu dùng điện càng cao đòi hỏi sự tự động
hoá và trang bị điện ngày càng khắt khe. Trong nền kinh tế thị trường thì năng
suất và chất lượng sản phẩm là yếu tố quyết định sự sống còn của doanh
nghiệp mà điều đó lại phụ thuộc vào hệ thống trang bị điện của cơ sở sản xất
của các máy công nghiệp. Do đó việc trang bị một hệ thống tự động hoá
truyền động điện hợp lý cho một máy sản xất là vấn đề quan trọng hàng đầu
của bất cứ một ngành sản xuất nào.
Để đáp ứng nhu cầu tất yếu của xã hội, nhà nước ta đã đào tạo hàng ngũ
cán bộ kỹ thuật lành nghề, bản thân em sau khi đã học tập tại trường kết thúc
khoá học em được giao đề tài :
“ Thiết kế hệ thống trang bị điện – tự động hoá cho hệ thống truyền động
quay chi tiết máy mài ” :
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 toán 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 còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng
kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong
nhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng  bè bạn để bản đồ án được
hoàn thiện hơn.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
1

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Trong qúa trình làm đồ án em đã 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 Nguyễn Vĩnh Thuỵ công tác
trong bộ môn tự động hoá của trường.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên , Ngày tháng năm
Sinh viên thiết kế
Chu văn Mùi
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
2
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Chương I
Giới thiệu chung công nghệ máy màI
1 > Công dụng của Máy Mài.
Mài là một phương pháp gia công kim loại, là nguyên công cuối cùng
của quá trình gia công. Nó được tín hành bởi vô số những hạt mài cắt bỏ một
lớp mỏng kim loại tuỳ theo yêu cầu mài thô hay mài tinh. Phương pháp gia
công mài đá được biết từ lâu, song đến thế kỷ XIX khi xuất hiện máy mài
cùng các vật liệu tổng hợp có độ cứng cao thì việc gia công mài mới có bước
tiến nhảy vọt.
Ngày nay phương pháp mài càng được sử dụng rộng rãi để gia công
những vật liệu có tính cơ học cao, với độ chính xác cao. Máy mài chiếm
khoảng 30% trong tổng số các máy cắt gọt hiện có, riêng trong ngành chế tạo
vòng bi trục máy thì máy màI chiếm khoảng 60% số máy.
Nguyên công mài không chỉ dùng để gia công tinh mà còn là nguyên
công tạo độ bóng trơn nhẵn của chi tiết mà trong nhiều trường hợp còn sử
dụng để gia công thô tăng năng suất lao động .

Mài có thể gia công những chi tiết nặng khoảng 125 tấn, lượng dịch
khoảng 6mm trên máy có công suất 250KW, mỗi giờ có thể cắt gọt 250÷300
Kg kim loại ở tốc độ cao từ 60÷ 80m/s và độ quay chi tiết lớn 360m/s do đó
năng suất máy mài khá cao. Mài có thể đạt được độ bóng bề mặt từ ∇7 ÷ ∇13 với
cấp chính xác từ 1 ÷ 2
* Đặc điểm:
So với một số phương pháp gia công kim loại khác gia công mài có
những đặc điểm sau:
Tốc độ cắt khi mài lớn nhưng số lượng phôi cắt ra lại bé. Đá mài là dụng
cụ để cắt gọt được coi là vô số lưỡi dao, đó là các hạt mài liên kết với nhau
bởi chất kết dính.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
3
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Tốc độ mài và góc cắt rất lớn, do đó cần phải có dung dịch làm mát để
khỏi gây biến dạng tinh thể của nguyên công chi tiết.
Dụng cụ cắt mài có lưỡi cắt không liên tục do không đIều chỉnh được vị
trí, hình dạng của các loại hạt mài trong đá nên điều chỉnh quá trình mài là rất
khó khăn.
Quá trình công nghệ mài được thực hiên theo nhiều phương pháp khác
nhau và tương ứng với nó cho ra những sản phẩm khác nhau. Khi tiến hành
mài, đá mài ăn vào chi tiết bằng nhiều chuyển động như :
+ Chuyển động quay đá mài
+ Chuyển động ăn dao
+ Chuyển động quay chi tiết
Nguyên tắc chung của quá trình mài là chi tiết gia công và đá mài quay
ngược chiều nhau để tạo ra khả năng cắt.
2 > Phân loại máy mài:
Do yêu cầu của công nghệ cắt gọt kim loại rất đa dạng, các chi tiết đòi

hỏi độ bóng khác nhau, mặt phẳng mài, góc mài, mài trong hay mài ngoài…
tổng hợp lại ta có thể phân máy mài thành các loại sau :
- Mài tròn trong.
- Mài tròn ngoài.
- Mài phẳng.
- Mài cầu.
- Mài định hình.
- Mài xoa.
2.1> Mài tròn ngoài:
Mài tròn ngoài được thực hiện theo 2 phương pháp: mài có tâm và mài vô
tâm.
* Mài có tâm: là phương pháp mài có tính vạn năng cao, chi tiết mài
được gá vào 2 lỗ tâm hoặc gá vào đầu cặp của mâm cặp, còn đầu kia chống
tâm lỗ tâm là một điểm chuẩn thống nhất đã được dùng trong các nguyên
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
4
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
công trước để đảm bảo lượng dư khi gia công đều. Nhưng trước khi mài phải
sửa lại lỗ tâm để khử những sai lệch biến dạng trong quá trình nhiệt luyện chi
tiết còn có thể bị biến dạng cong vênh. Do đó phải xem xét chi tiết trước khi
đem vào mài, nếu bị cong vênh thì phải nắn lại
Mài có tâm có thể gia công được các trục trơn hoặc bậc mà vẫn đảm bảo
độ đồng tâm cao , có thể gia công được rãnh và góc lượn.
Mài có thể dùng kiểu dao chạy dọc (hình 1.1). Tốc độ quay của đá V
k
và
tốc độ quay chi tiết V
b
. Đá và chi tiết quay ngược chiều nhau mỗi hành trình

dọc S
d
thì đá sâu vào chi tiết 1 lượng S
n
theo hướng kính. Độ sâu S
n
nhỏ nên
lượng mài khá bé.
V
b
S
n
S
d
V
k
H×nh 1.1 : Ph¬ng ph¸p mµi trßn ngoµi
Khi gia công những trục ngắn có đường kính lớn, lượng dư còn nhiều
nên thường dùng kiểu ăn dao ngang.
V
b
V
k
Hình 1.2 : Phương pháp mài tròn ngoài
Cách mài này yêu cầu độ cứng vững của chi tiết phải tốt để tránh cong
vênh, cách này có ưu điểm về năng suất vì chỉ yêu cầu cho đá tiến về phía
trước trục mà không cần chạy dọc dao.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
5
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp

điện
* Mài vô tâm: Đặc điểm của mài vô tâm là chuẩn định chi tiết ở mặt
ngoài của chi tiết, mài vô tâm có thể thực hiện theo 2 cách. Đó là mài vô tâm
chạy dọc và mài vô tâm chạy ngang.
- Mài vô tâm chạy dọc dao, về nguyên tắc thì chuyển động cũng giống  mài
có tâm, nhưng khác ở chỗ là chi tiết được kẹp giữa 2 đá. Một đá làm nhiệm vụ
cung cấp cho chi tiết 2 chuyển động là chuyển động quay và chuyển động tịnh
tiến, còn 1 đá làm nhiệm vụ cắt phôi.
Phần dưới của chi tiết có một thanh đỡ đặt song song với trục mài và
nâng tâm của chi tiết lên cao hơn tâm của đá mài một khoảng bằng 1÷ 2R .
Với R là bán kính của vật mài nhưng không quá 10÷ 15mm
H×nh 1.3 : Ph¬ng ph¸p mµi v« t©m
- Phương pháp mài vô tâm : Mài vô tâm chạy dao tương tự  mài có tâm ăn
dao ngang. Phương pháp này nếu sửa đá chính xác có thể mài mặt côn và mặt
định hình. Yêu cầu của độ cứng vững của hai chi tiết phải tốt và mặt gia công
ngắn.
Ưu điểm chính của mài vô tâm là đơn giản được thời gian và gá lắp chi
tiết. Quá trình gia công mặt chuẩn, dễ tự động hoá, độ cứng vững cao hơn là
mài có tâm
Nhược điểm chính của phương pháp này là không có khả năng đảm bảo
độ đồng tâm giữa các mặt nên thường dùng để gia công mặt tròn.
2.2 > Mài tròn trong :
Mài lỗ có khả năng gia công lỗ trục đạt yêu cầu chính xác khá cao nhưng
lại đắt tiền, nhất là các lỗ có kích thước nhỏ. Mài lỗ có tâm được thực hiện
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
6
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
trên các máy mài tròn, trong máy mài vạn năng có bộ phận mài lỗ hoặc đồ gá,
máy tiện vạn năng mài lỗ thông thường. Việc chọn máy mài làm nhiệm vụ gia

công là phụ thuộc vào dạng sản xuất và kích thước, cách thức mài thích ứng
từng chi tiết cụ thể.
Mài lỗ vô tâm được thực hiện trên máy vô tâm chuyển động cắt và bản
chất của quá trình mài hoàn toàn giống như mài tròn ngoài vì kích thước của
đá mài hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước của lỗ mài. Nếu đường kính của
chi tiết gia công càng nhỏ thì đường kính của đá mài càng nhỏ sự ăn mòn
nhanh. Đồng thời diện tích tiếp xúc giữa đá và mặt công tác gia công khá lớn,
toả nhiệt kém do đó đá mòn nhanh hơn. Kích thước của đá nhỏ, trục mang đá
nhỏ khiến cho độ cứng vững kém, ảnh hưởng không Ýt đến độ chính xác của
chi tiết gia công. Mặc dù vậy, mài lỗ vẫn có ưu thế sử dụng rộng rãi và phát
huy được ưu điểm trong những trường hợp sau:
+ Mài các vật liệu chi tiết đã qua tôi hay vật liệu mềm .
+ Mài các vật đúc có độ cứng không đều nhau .
+ Mài các lỗ có kết cấu không thuận cho các phương pháp gia công khác
+ Mài các lỗ có yêu cầu độ chính xác cao .
+ Mài lại các lỗ cần sửa lại vị trí tương quan của bề mặt do các nguyên
công trước để lại .
Mài tròn trong được thể hiện bằng hai cách :
+ Cách thứ nhất: Chi tiết được kẹp trên mâm cặp và trục đá quay tròn có thể
thực hiện chạy dao dọc hoặc chạy dao ngang (hình 1.4)
S
H×nh 1.4 : Phuo ng ph¸p mµi trßn trong
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
7
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Cách này được dùng để gia công những chi tiết nhỏ, các vật thể tròn
hoặc dễ gá lắp trên mâm cặp. Các loại này có thể được thực hiện trên máy mài
vạn năng và đồ gá chuyên dùng.
+ Cách thứ 2: Chi tiết gá cố định trên máy trục mang đá thực hiện các chuyển

động. Chuyển động quay đá, chuyển động chạy dao, chuyển động của hành
trình đá xung quanh tâm lỗ đó (hình 1.5)
H×nh 1.5 : Ph¬ng ph¸p mµi trßn trong
S
d
V
k
Cách này dùng để gia công những chi tiết lớn  thân động cơ, mài nén
khí, các loại hộp khâu rất thuận lợi.
Ngoài ra công nghệ mài còn có mài phẳng, mài cầu …
3 > Các truyền động chính trên máy mài:
Thông thường máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ, nên sử dụng
động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. ở các máy mài cỡ nặng để duy trì tốc
độ cắt là không đổi khi mài đá hay kích thước gia công thay đổi thường sử
dụng truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D =2 ÷ 4/1 với
công suất không đổi. ở máy mài trung bình và nhỏ V= 50 ÷ 80m/s nên đá mài
có đường kính lớn thì tốc độ quay đá khoảng 1000 vòng /phút. ở những máy
có đường kính nhỏ tốc độ đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc
biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có tốc độ (2400 ÷2800 vòng/phút)
hoặc có thể lên tới (15000 ÷ 20000 vòng /phút). Nguồn của động cơ là các bộ
biến tần, có thể là các máy phát tần số cao (BBT quay) hoặc các biến tần tĩnh
(BBT bằng thyristor). Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷ 20%
mômen định mức. Mômen quán tính đá và cơ cấu truyền lực lại lớn 500 ÷
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
8
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
600% mômen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay
đá. Không yêu cầu đảo chiều quay động cơ quay đá.
4 > Các chuyển động phụ trên máy mài :

Các chuyển động phụ  chuyển động bơm dầu, chuyển động bôi trơn,
làm mát …
Sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc .
5 > Các yêu cầu về trang bị điện cho truyền động quay chi tiết :
Máy mài 3A227 là loại máy mài vạn năng, các chuyển động của máy bao
gồm những chuyển động sau :
+ Truyền động chính là chuyển động quay đá mài
+ Truyền động ăn dao vòng là chuyển động quay chi tiết
+ Truyền động ăn dao dọc trục, ăn dao hướng tâm là chuyển động ụ đá
5.1 > Truyền động chính :
Đặc điểm của chuyển động chính là :
+ Không đảo chiều quay
+ Không cần điều chỉnh tốc độ
+ Mở máy không tải, mômen mở máy vào khoảng (15 ÷ 20%) M
đm
+ Mômen quán tính lớn, nên cần hãm cưỡng bức
Do những yêu cầu trên nên chuyển động chính thường dùng động cơ
không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc .
5.2 > Truyền động quay chi tiết :
Chuyển động quay chi tiết của máy mài 3A227 có những yêu cầu sau:
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 50
+ Độ trơn khi điều chỉnh ϕ =1
+ Độ sụt tốc độ tương đối cho phép ∆n = 10%
+ Mở máy có tải
+ Mômen quán tính lớn, có thể lớn gấp 7 ÷ 10 lần mômen định mức
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
9
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Do những yêu cầu trên chuyển động quay chi tiết thường dùng động cơ 1

chiều với các hệ thống:
- Hệ thống máy phát động cơ
- Hệ thống khuếch đại từ động cơ
- Bộ biến đổi van động cơ
Do mômen quán tính lớn nên hệ thống chuyển động quay chi tiết đòi hỏi
phải hãm cưỡng bức, thường sử dụng hãm động năng .
* Dạng đặc tính phụ tải:
Đồ thị phụ tải của chuyển động quay chi tiết có dạng  hình vẽ dưới đây:
n
n
2
P
1
o
M
P
2
n
1
M
P
P,M
* Đồ thị phụ tải: đối với máy mài thì M
C
= const trong suốt quá trình mài, còn
công suất tỉ lệ tuyến tính với tốc độ. Đồ thị này quyết định phương án truyền
động của hệ thống.
*Độ ổn định tốc độ: chuyển động ăn dao trong máy mài là kết hợp của
chuyển động quay chi tiết và chuyển động tịnh tiến của bàn máy. Để đảm bảo
độ nhẵn bóng của bề mặt vật liệu cần gia công cũng như độ chính xác trong

công nghệ thì chuyển động ăn dao này phải có độ ổn định cao.
Do những yêu cầu  vậy nên chuyển động quay chi tiết dùng động cơ 1
chiều kích từ độc lập. Vì vậy động cơ loại này có khả năng quá tải lớn.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
10
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
+ Các yêu cầu trang bị điện của truyền động quay chi tiết máy mài tròn
vạn năng.
- Phạm vi điều chỉnh : D =
1
50
min
max
min
max
==
n
n
ω
ω
- Tốc độ làm việc : n
max
=760 (v/ph) ; n
min
=76(v/ph)
- Độ sụt tốc độ tương đối cho phép : ∆n% ≤ 10%
- Độ bằng phẳng khi điều chỉnh :
1
1

==
+
i
i
n
n
ϕ
Các số liệu: M = const
Công suất động cơ quay chi tiết : P = 1,5 (KW)
Tốc độ định mức : n = 1500 (v/ph)
Điện áp đặt vào phần ứng động cơ : U = 220 V
Sai lệch tĩnh : S ≤ 10%
Những yêu cầu trên nhằm mục đích thiết kế một hệ thống truyền động
quay chi tiết máy mài cho hợp lý nhất .
* Yêu cầu hãm dừng :
Trong quá trình làm việc để hãm dừng nhanh và chính xác đảm bảo yêu
cầu kỹ thuật và năng suất khởi động có nhiều phương pháp hãm song với yêu
cầu về truyền động cho máy mài không yêu cầu đảo chiều quay và chỉ có hãm
dừng nhanh, chính xác nên sử dụng phương pháp hãm động năng là phù hợp
với yêu cầu hơn cả.

Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
11
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Chương II
Phân tích và lựa chon phương án truyền động
A. Mục đích và ý nghĩa của việc phân tích và lựa chọn phương án truyền
động điện
Ngày nay trong quá trình sản xuất ra của cải vật chất của nền kinh tế

quốc dân , cơ khí hoá và hiện đại hoá có mối liên hệ mật thiết với nhau.
Hai yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong sự phát triển của
nền khoa học kỹ thuật . Chúng cho phép đơn giản kêt cấu cơ khí của máy sản
xuất, tiết kiệm nguồn nhân lực lao động tạo năng suất của sản phẩm , nâng
cao chất lượng sản phẩm . Việc tăng năng suất của máy , giảm giá thành , sự
cồng kềnh của thiết bị điện , kết cấu chất lượng của máy là hai yếu tố quan
trọng của hệ thống TĐĐ-TĐH. Nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau , một
bên đòi hỏi hệ thống phức tạp , một bên yêu cầu hạn chế số thiết bị chung trên
máy và số thiết bị cao cấp.
Cho lên việc lựa chọn một hệ thống truyền động thích hợp là một bài
toán khó. Vì vậy trong quá trình thiết kế , buộc người thiết kế phải đưa ra các
phương án và so sánh chúng với nhau . Để từ đó có thể lựa chọn được phương
án thiết kế phù hợp và tốt nhất , và điều đó được thể hiện qua các mặt sau:
- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
12
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
- Đảm bảo tính làm việc tin cậy lâu dài
- Khi xảy ra sự cố có thể bảo dưỡng , sửa chữa , thay thế các linh kiện
thuận lợi và dễ dàng , thiết bị có sẵn dễ kiếm , dễ mua
- Có vốn đầu tư chi phí vận hành nhỏ
B. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ
I. Lựa chọn động cơ truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Trước khi đi chọn động cơ ta phân tích 2 loại động cơ thông dụng :
+ Động cơ điện xoay chiều .
+ Động cơ điện 1 chiều .
a - Động cơ điện xoay chiều: Là loại động cơ sử dụng trực tiếp điện từ lưới
điện xoay chiều 3 pha. Trong thực tế động cơ điện xoay chiều được sử dụng
rộng rãi, nó có ưu điểm nổi bật là: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, làm việc tin

cậy, dễ dàng trong sử dụng và vận hành, sửa chữa và bảo quản, giá thành hạ .
Động cơ điện xoay chiều có 3 loại :
+ Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
+ Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn
+ Động cơ đồng bộ
* Động cơ đồng bộ:
Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng,
 vậy về phương diện nào đó có thể kết luận được nó đáp ứng tốt về yêu cầu
công nghệ. Nhưng việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thường chế
tạo máy có công suất trung bình và lớn , giá thành cao . đặc biệt là quá trình
điều chỉnh tốc độ là rất khó khăn, luôn cần có bộ biến tần đi kèm.
 vậy loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật công nghệ
cũng  chỉ tiêu về kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài.
* Động cơ không đồng bộ :
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ cơ
sở sản xuất nhỏ đến cơ sở trung bình chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác.
Sở dĩ như vậy là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo,
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
13
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
vận hành an toàn, sử dụng nguồn cung cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3
pha. Như vậy động cơ không đồng bộ có nhược điểm là việc điều chỉnh tốc
độ và khống chế các quá trình quá độ có khó khăn, hơn nữa điều chỉnh tốc độ
cũng không điều chỉnh được vô cấp (điều chỉnh trơn), mômen khởi động nhỏ,
dòng mở máy I
mm
lớn.
- Phương trình đặc tính cơ (ĐTC)
Để thành lập phương trình ĐTC của động cơ không đồng bộ ta sử dụng

sơ đồ thay thế sau:
X
1
X'
2
R
X
µ
R
µ
U
f
R'
2/6

µ

1

2
Trong sơ đồ ta có:
+ U
f
: trị số hiệu dụng của điện áp pha Stato
+ I
µ
, I
1
, I
2

: dòng điện từ hoá, dòng stato và rôto đã quy đổi về rtato.
+ X
µ
, X
1
, X
2
: điện kháng mạch từ, điện kháng tản stato, và điện kháng
tản rôto đã quy đổi về stato.
+ R
µ
,R
1
, R
2
: điện trở mạch từ, cuộn dây stato và rôto đã quy đổi về stato.
+ S :Hệ số trượt của động cơ : S =
1
1
ω
ωω
−

Với ω
1
: Tốc độ góc của từ trường quay:
p
f
1
1

2
π
ω
=
Trong đó : f
1
: là tần số của điện áp nguồn đặt vào Stato
P : Số đôi cực từ động cơ
ω : Tốc độ góc của động cơ
Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện Stato:
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
14
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
I
1
=












+

′
+
+
+
nm
f
X
S
R
R
XR
U
22
2
1
22
1
11

µµ
(2)
X
nm
= X
1
+X
’
2
: điện kháng ngắn mạch
Biểu thức (2) là phương trình đặc tính dòng điện Stato . Ta cũng tính

được dòng điện Rôto quy đổi về Stato.

2
2
2
1
1
2
nm
f
X
S
R
R
U
I
++
=



(3)
Khi ω = ω
1
, S = 0 thì I
2
’
= 0
Khi ω = 0 , S = 1 thì :

2
2
21
1
2
2
nm
f
nm
XRR
U
II
++
==



(4)
Để tìm phương trình đặc tính cơ: Công suất điện từ chuyển từ Stato sang
Rôto: P
12
= M
tđ
.ω
1
M
tđ
: Là mômen điện từ của động cơ
Nếu bá qua các tổn thất phụ thì M
tđ

= M
cơ
= M. Công suất chia thành 2 phần:
P
cơ
: Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ
∆P
2
: Công suất tổn hao đồng trong Rôto.
P
12
=P
cơ
+∆P
2
Hay: M
ω
1
= M
ω
+ ∆P
2
Do đó : ∆P
2
= M (ω
1
-ω) = M .ω
1
.S
Mặt khác: ∆P

2
=3 .I
2
’2
.R
2
’
(5)
⇒
SX
S
R
R
RU
M
nm
f












++

=
2
2
2
11
2
2
1
3
ω
(6)
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
15
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Biểu thức (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Phương trình ĐTC của động cơ không đồng bộ có thể viết lại:

th
th
th
thth
Sa
S
S
S
S
SaM
M



++
+
=
12
Trong đó a =
2
1
R
R


22
111
2
1
2
3
nm
f
th
XRR
U
M
+±
=
ω
: Mômen tới hạn

22

1
2
nm
th
XR
R
S
+
±=

: Hệ số trượt tới hạn
Đồ thị đặc tính cơ :

  


ω








ω
0
ω
th
S

th



* Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB:
Để điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ta có các phương pháp sau: Điều
chỉnh bằng cách thay đổi điện áp hoặc tần số của dòng điện Stato. Ta chia
phương pháp điều chỉnh này thành 2 nhóm : Điều áp và điều tần
- Để điều chỉnh điện áp người ta dùng bộ nguồn BĐ có điện áp ra thay đổi
tuỳ theo tín hiệu đặt điều khiển U
đk
với sô đồ nguyên lý dưới đây :
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
16
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện






 !"#$%&'()!*%+!
!),*(-*%#.!
Nếu bá qua tổng trở của nguồn và không
dùng điện trở phụ trong mạch Rôto thì khi U
1
biến đổi ta được một họ đặc tính điều khiển  hình sau :
Trong đó: Độ trượt tới hạn giữ nguyên giá trị  của đặc tính tự nhiên, còn
mômen tới hạn tỉ lệ với bình phương của điện áp U

b
. Những điện áp điều
chỉnh này có đoạn làm việc ngắn độ cứng thấp và mômen tới hạn giảm rất
nhanh khi giảm áp .
- Điều chỉnh tần số:  ta đã biết, tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc
độ góc của từ trường quay trong máy điện , do đó bằng cách thay đổi tần số
dòng Stato ta có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Để thực hiện được
phương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp cho
động cơ. Sơ đồ tổng quát của hệ được vẽ  sau :
/


/
01
/

b > Động cơ một chiều:
* Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:
Sơ đồ nguyên lý như sau .
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
17
n
o
ω
M

M






2
S

ω
o
3



Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện

4

+

CKT
-

Từ sơ đồ ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng nên từ thông của
động cơ biến đổi theo dòng điện phần ứng .
* Phương trình đặc tính cơ :
Từ sơ đồ nguyên lý ta có :
U
ư
= E
ư
+ I

ư
R
ư
= kφω + I
ư
R
ư
Sau khi biến đổi ta nhận được

5
55


I
k
R
k
U
φ
φ
ω
−=
(1)

M
k
R
k
U



55
2
φ
φ
ω
−=
(2)
Trong các phương trình trên từ thông biến đổi phụ thuộc vào dòng điện
trong mạch kích từ theo đặc tính từ hoá (đường 1) trên đồ thị . Để đơn giản
khi thành lập phương trình của đặc tính ta giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến
tính với dòng kích từ ( đường 2)
φ =C.I.k
kt
Với: C là hệ số tỉ lệ
Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ thì : φ =C.I
ư

Thế vào phương trình (1) ta được :
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
18

φ
0
φ
®m


2
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp

điện

B
I
A
Ck
R
ICk
U
−−=−=
1


5
5
5
ω
Trong đó A =
Ck
U

5
; B =
Ck
R

5
Ta cũng có:
B
M

A
B
M
CkA
Ck
M
I
−=−=⇒=
21


5
ω
Trong đó :
CkAA 
12
=
⇒ Vậy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ được biểu diễn  sau

ω
0
6
6
7

≠
 
≠

7

6
6
0
ω

89*% 89
Ta thấy các đặc tính cơ, cơ điện có dạng hypebol và mềm ở phạm vi
dòng điện có giá trị nhỏ hơn dòng định mức. ở vùng dòng điện lớn do từ
thông bão hoà nên từ thông hầu  không đổi và đặc tính cơ có dạng gần
tuyến tính .
Đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp mềm và độ cứng thay
đổi theo phụ tải. Do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể nhận biết được
sự thay đổi của phụ tải.
Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có
yêu cầu ổn định cao mà nên sử dụng nó cho những truyền động có yêu cầu
tốc độ thay đổi theo tải. Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn, vì
mômen nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn
định mức thì từ thông động cơ lớn hơn định mức do mômen của nó tăng
nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện.  vậy với mức độ quá dòng điện
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
19
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
 nhau thì động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mômen và
khả năng khởi động tốt hơn động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
Nhờ ưu điểm đó mà động cơ kích từ nối tiếp rất thích hợp cho những
truyền động làm việc thường quá tải lớn và mômen khởi động lớn .
Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả
năng chịu tải của động cơ không bị ảnh hưởng bởi sụt áp của lưới điện .
* Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập :


4

-+

CKT


+ -

4



CKT


+ -
+ Phương trình đặc tính cơ:
Theo các sơ đồ trên ta có thể viết phương trình điện áp của mạch phần
ứng như sau :
5555
 IRREU
f
++=
(1)
Trong đó:U
ư
là điện áp mạch phần ứng (V)
E

ư
là sức điện động phần ứng (V)
R
ư
là điện trở mạch phần ứng (Ω)
R
f
là điện trở phụ trong mạch phần ứng .
I
ư
là dòng điện trong mạch phần ứng (A)
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
20
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Sức điện động E
ư
của mạch phần ứng động cơ được xác định:

φωφω
π
k
a
pN
E == 

5
2
Với: p : là số đôi cực chính
N: tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a : số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
φ : từ thông kích từ dưới 1 cực (Wb)
ω : tốc độ góc (rad/s)
k : hệ số cấu tạo của động cơ
a
Np
k


π
2
=
Nếu ta biểu diễn sđđ theo tốc độ quay n (v/ph) thì ta có :

nKE
e

5
φ
=
Và:
55,930
.
60
.2 nnn
===
ππ
ω
Từ đó: ⇒
n

a
Np
E .
.60
.
-
φ
=
,
a
Np
K
e
.60
.
=
(hệ số Sđđ động cơ )
⇒
K
K
K
e
.105,0
55,9
==
Thay phương trình (2) vào phương trình (1) rồi biến đổi ta được :

-
-
-

.

I
k
RR
k
U
f
φφ
ω
+
−=
(3)
Mặt khác ta có thể xác định mômen điện từ theo công thức sau:

φ
φ
.


k
M
IIkM
dt
dt
=⇒=
Để thành lập phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta thay I =
φ
.k
M

dt
vào phương
trình (3) lúc này ta có :

dt
f
M
k
RR
k
U
.
).(
.
2
-
-
φ
φ
ω
+
−=

Giả sử trong quá trình làm việc động cơ không có tổn thất thì :
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
21
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện

M

k
RR
k
U
f
.
).(
.
2
-
-
φ
φ
ω
+
−=
Nhận xét:
So với động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ 1 chiều kích từ độc
lập có từ thông không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và
điện trở mạch kích từ nên khả năng ổn định tốc độ cao hơn. Mặt khác đặc tính
cơ có dạng đường thẳng do đó có thể ổn định được mọi cấp tốc độ và động cơ
loại này có dải điều chỉnh rộng do từ thông mômen là hằng số.
Kết luận:
Xét về công nghệ và cách nhận xét ở trên thì động cơ 1 chiều kích từ độc
lập phù hợp với yêu cầu kinh tế và yêu cầu kỹ thuật của công nghệ mài. Do
đó ta chọn loại động cơ 1 chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động.
* Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều và chọn phương
pháp điều chỉnh cho hệ thống: Trước hết ta thấy được về phương diện điều
chỉnh tốc độ thì động cơ 1 chiều có nhiều ưu điểm hơn so với các loại động cơ
khác. Nó không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà có cấu trúc

mạch điều khiển , mạch động lực đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng
điều chỉnh cao, dải điều chỉnh tốc độ rộng.Trong thực tế có 3 phương pháp
điều chỉnh tốc độ của động cơ:
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng .
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB

ω
0
ω®m

®m

®m
ω®m
0
ω
M

nm
ω
0
ω
0
89*% 89
22
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông .
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng.
* Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ:

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phấn ứng .
Tốc độ không tải lý tưởng :
dm
dm
k
U
φ
ω
.
0
=
Độ cứng đặc tính cơ :
var
)(
2
=
+
=
fu
dm
RR
K
φ
β

Nhận xét: Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ thì độ
cứng đặc tính cơ β giảm đi. Với 1 phụ tải M

C
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc
độ động cơ giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch cũng giảm. Như vậy phương
pháp này chỉ thích hợp cho tải có M
C
lớn.
* Điều chỉnh từ thông:
Tốc độ không tải lý tưởng:
x
dm
x
k
U
φ
ω
.
0
=
=VAR
Độ cứng đặc tính cơ:
-
2
).(
R
k
x
φ
β

=
=VAR
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
ω
M
0
Mc
ω

Rp=0
Rp1
Rp2
Rp3
23
CKT

+ -
+ -

4

4

-+
-+

CKT

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện

Nhận xét : Do cấu tạo động cơ thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông,
nên khi từ thông giảm thì ω
0 x
tăng còn β sẽ giảm . Ta có đặc tính cơ với ω
0 x
tăng dần và độ cứng đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông
 vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần
tăng tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp
này .
* Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ khi thay đổi điện áp :
Tốc độ không tải lý tưởng:
dm
dm
x
k
U
φ
ω
.
0
=
=VAR
Độ cứng đặc tính cơ :
-
2
).(
R
k
dm
φ

β
=
= const
Phương trình đặc tính cơ :
M
k
R
k
U
dm
dm
x
.
).(
.
2
-
φ
φ
ω
−=
Nhận xét: khi thay đổi điện áp đặt vào toàn bộ phần ứng động cơ ta được
1 họ đặc tính song song với đặc tính cơ tự nhiên (β =const) như hình vẽ. Khi
thay đổi điện áp: Mômen ngắn mạch của động cơ giảm, tốc độ động cơ thay
đổi. Mặt khác, ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động cơ là có thể điều chỉnh
được tuỳ ý. Do vậy ta có thể điều chỉnh và ổn định ở toàn dải điều chỉnh.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
ω
2
ω


ω

Mmm
0
M
φ
2
φ
2
φ

24
M
0
ω
Mc
ω

ω

ω
2
ω
:
ω
;
U®m
U1
U2

U3
U4
ω
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Kết luận chung: Từ công nghệ quay chi tiết và qua phân tích ở trên để
phù hợp ta chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập và chọn phương pháp điều
chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
II > Thiế kế mạch động lực:
1. Các phương án đưa ra:
Để có được phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía
cạnh kỹ thuật và kinh tế cho truyền động quay chi tiết máy mài ta đưa ra
một số phương án để từ đó có thể so sánh và lựa chọn cho phù hợp.
Các phương án đưa ra:
+ Hệ truyền động Máy phát - Động cơ .
+ Hệ truyền động Van - Động cơ.
+ Hệ truyền động Xung áp - Động cơ .
+ Hệ thống khếch đại từ động cơ
Tuy nhiên do yêu cầu của đề tài đưa ra nên ở đây ta chỉ phân tích hai
phương án đó là:
+ Hệ thống khếch đại từ động cơ
+ Hệ thống van động cơ
1.1 phương án 1:Hệ thống van động cơ
~
=
CL
CK
§C
FX
K§

Ucd
Ud
U®kT
C¸c tiÕn hiÖu ph¶n håi
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
25