đồ án tự động hóa Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống

đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Lời nói đầu
Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nớc nhà đang bớc vào thời kỳ
công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó
khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những ngời chủ tơng lai
của đất nớc những nhiệm vụ năng nề. Đất nớc đang cần sức lực và trí tuệ
cũng nh lòng nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ s t-
ơng 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 xã hội thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những
điều kiện thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những ngời kĩ s điện tơng lai phải
đợc trang bị những kiến thức chuyên nghành một cách sau rộng.
Trong khuôn khổ chơng trình đào tạo kỹ s nghành tự động hoá -
cung cấp điện; nhằm giúp cho sinh viên trớc khi ra trờng có điều kiện hệ
thống hoá lại những kiến thức đã đợc trang bị ở trờng cũng nh có điều kiện
tiếp cận với những mô hình kỹ thuật chuyên nghành của thực tiễn trong sản
xuất, đồng thời cũng giúp cho sinh viên có cơ hội t duy độc lập nghiên cứu
và thiết kế. Trờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên tổ chức
cho sinh viên trớc khi ra trờng làm đồ án tốt nghiệp - bản đồ án tốt nghiệp
này ra đời trong hoàn cảnh đó.
Thực tiễn trong các xí nghiệp công 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 đã hoàn thiện hoặc còn phù hợp,
cải tạo và thay thế những phần đã lạc hậu hoặc có nhiều nhợc điểm để cho
ra những thiết bị có độ hoàn thiện cao. Khi đa vào sản xuất cho năng suất
và chất lợng 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:
4

đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Phần I: Tìm hiểu công nghệ của máy
Phần II: Thiết kế sơ đồ nguyên lý
Phần III: Tính chọn thiết bị
Phần IV: Xây dựng đặc tính tĩnh
PhầnV: Xây dựng đặc tính quá độ - xét ổn định và hiệu chỉnh hệ
thống
Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản
thân nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những tính toán logic
và khoa học có tính thuyết phục cao. Bản đồ án đợc trình bày một cách
logic,gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từ những tài
liệu có uy tín. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian
có hạn, lợng kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm
khuyết. Em mong nhận đợc sự góp xây dựng của các thầy cũng nh bè bạn
để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Trong qúa trình làm đồ án em đã nhận đợc sự giúp đỡ, hớng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng nh sự góp ý xây dựng của các bạn bè
đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy Trần Xuân Minh công tác
trong bộ môn tự động hoá của trờng. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ
này.
Tác giả thiết kế
Sinh Viên


5
®å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n trang bÞ ®iÖn
PhÇn i
giíi thiÖu c«ng nghÖ cña m¸y
 6 
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện

I.1 chức năng - công dụng của máy doa
I- chức năng và công dụng của máy doa
Máy doa thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại . Doa là một phơng pháp
gia công chi tiết, doa thuộc công đoạn gia công tinh, nó gia công các lỗ đã
đợc khoan, khoét, những lỗ hình côn, hình trụ, cắt ren. Ngoài ra máy doa
còn có thể đợc dung để phay.
Da là một phơng 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 công thô
( khoan ,khoét các lỗ hình côn ,hình trụ); có thể gia công tinh khi gá mũi
doa.
Đặc điểm của máy doa là có thể gia công đồng thời nhiều lỗ có trục
song song hoặc trục thẳng góc với nhau.
Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ , công dụng và mức độ
chuyên môn hoá khác nhau.
- Nếu phân loại theo chức năng, công dụng có thể phân ra :
+ Máy khoan , khoét
+ Máy doa
- Phân loại theo chuyển động :
+Doa đứng: dao quay theo phơng thẳng đứng
+Doa ngang: dao quay theo phơng nằm ngang
- Phân loại theo mức độ trang bị điện :
+Loại đơn giản: thờng dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ
về điện.
+Loại trung bình thờng dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng
cách thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhng là hệ thống
hở.
7

đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
+Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển
theo hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chơng trình . Đây là loại máy doa
gia công có độ chính xác rất cao.
- Nếu phân loại theo trọng lợng của máy ,ta có:
+Loại nhỏ : trọng lợng của máy nhỏ hơn 10 tấn
+Loại trung bình :trọng lợng của máy từ 10 - 100 tấn
+Loại lớn: trọng lợng máy lớn hơn 100 tấn.
I.2 giới thiệu máy doa 2620B
I-Giới thiệu máy
1/ Chức năng của máy
Máy doa ngang 2620B năm trong nhóm máy cắt gọt kim loại thứ
ba,Đây là loại máy có vay trò quan trọng trong nền công 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 đợc nhiều loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ
của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với các nguyên công sau:
- Nguyên công doa: thờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng
vuông góc với nhau có độ định tâm cao.
- Nguyên công tiện: khi nắp lỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu,
cắt ren Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao đợc truyền
từ trục chính.
-Nguyên công khoan: khi cần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể
thực hiện trên máy doa, nguyên công này thờng nặng nề nhất.
- Nguyên công phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay
mặt ngoài.
2/ Các 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 đợc thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc,
thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY

8
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
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 cha ăn khớp động cơ
đợc đóng điện với mô men nhỏ tạo điều kiện cho các bánh răng vào ăn
khớp, truyền động này có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai phơng pháp
thay đổi tốc độ bằng điện và bằng cơ khí.
Động cơ chính đợc hãm ngợc 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 phơng ngang.
- Chuyển động sang trái.
- Chuyển động sang phải
Ngoài ra còn có chuyển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều,
các chuyển động này đợc 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 lợng rất cao.
c, Các truyền động phụ
- Truyền động di chuyển cơ cấu kẹp chi tiết, đợc thực hiện nhờ động cơ
KĐB ro to lồng sóc.
- Các truyền động bơm nớc, bơm dầu
3- Kết cấu của máy doa 2620B
a, Thân máy
Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu có
hai ụ
b, ụ chính
Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so vớithân máy.
Động cơ trục chính đợc gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình di
chuyển đợc thực hiên nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao .

9
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
c, ụ trục phụ
Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động cơ ăn dao
hoặc bằng tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao thì nó có
tác dụng giữ dao.
d, Bàn máy
Đợc bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.
4/ Các chế độ vận hành của máy
a, Máy doa ngang 2620B có các chế độ vận hành sau:
+Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động.
+ Trong quá trình vận hành có thể thc hiện chạy nhanh bàn dao bằng ph-
ơng pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính
phóng đại quang học.
+Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng đợc bố chí trên hai
ụ máy.
b,Các thông số kỹ thuật của máy
+Đờng kính trục chính D= 90 mm
+Kích thớc bàn máy 900 - 1200 mm
+ Độ dịch chuyển dọc của bàn máy :1090 mm
+ Độ dịch chuyển hớng tâm của mâm cặp :170 mm
+ Tốc độ quay của trục chính :12,5- 2000 V/p
+ Mô men cực đại trên trục chính :308 KN.m
+ Tốc độ quay của mâm cặp: 80-200 V/p
+ Phạm vi ăn dao của bàn : 1,4 - 1110 mm/p
+ Pham vi ăn dao của ụ : 1,4 - 1170 mm/p
+ Phạm vi ăn dao của mâm cặp : 9,8 - 700 mm/p
+ Phạm vi ăn dao của trục chính : 2,2 - 1760 mm/p
+ Lực ăn dao cực đại của trục chính : 1500 KN
+ Lực ăn dao cực đại của ụ : 2000 KN

+ Lực ăn dao cực đại của bàn máy : 2000 KN
10
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
+ Kích thớc lỗ doa lớn nhất khi gia công :
- Bằng trục chính : 320 mm
- Bằng mâm cặp : 600 mm
+ Kích thớc lớn nhất khi tiện mặt đầu : 550 mm
+ Trọng lợng lớn nhất của chi tiết gia công : 200 Kg
+ Trọng lợng bàn máy : 1500 Kg
+ Kích thớc máy : 750 x 3000 x 3000 mm
+ Động cơ truyền động chính là động cơ KĐB ro to lồng sóc có hai cấp
tốc độ .
P
đm
=10 Kw
Tốc độ định mức : N
đm
= 1460 , 2890 (v/p)
+ Động cơ truyền động ăn dao là động cơ một chiều kích từ độc lập.
II-Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của
máy doa 2620B
Trong máy doa ngang 2620B truyền động ăn dao là truyền động phức
tạp nhất, nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao. ở
truyền động này dùng động cơ một chiêu kích từ độc lập, truyền động này
có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lợng nh sau:
1, Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620B có yêu cầu phạm vi
tốc độ rộng, dải điều chỉnh đợc đặc trng bởi hệ số:
D
n

n
= =
max
min
2000
1
2, Độ trơn khi điều chỉnh
Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh doa lỗ có đờng
kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo
chất lợng gia công bề mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải đợc điều
chỉnh vô cấp.
= =
+
n
n
i
i
1
1
11
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
4,Độ ổn định tốc độ khi làm việc
Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả
khi tốc độ truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0 ữ M
max
thì
yêu cầu độ sụt tốc độ là:
n
n n
n

i dmi
i
=

ữ
0
0
3 5( )%
4,Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ
Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến,
nếu mô men cản M
C
do lực kéo ăn dao qui định thì nó phải đảm bảo phụ tải
có mô men M lớn nhất.
Nếu yêu cầu mô men M = const thì M
max
này đợc xác định bởi lực
ăn dao, bao gồm : lực kéo F
x
,tổn hao ma sát trên gờ trợt của máy.
Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế
bởi chiều sâu cắt do F
x
không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn
dao. Mà vùng tốc độ cao, lực ăn dao còn phụ thuộc vào công suất của
truyền động chính vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng với các cấp tốc
độ chính xác cực đại, do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho
truyền động chính. Mặt khác, cũng với cấp tốc độ này thờng dùng để gia
công tinh lên lực ăn dao không cần lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực
ma sát trên gờ trợt ảnh hởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Q

n
và đợc biểu
diễn nh hình vẽ sau :
12
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện

ở vùng tốc độ gia công ta có:
M=const , P tỉ lệ với U
ở vùng chạy dao nhanh:
M P/n ; P=const
5,Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải
Trong quá trình làm việc thờng xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động
- Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai
cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải.
-Quá tải động:đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán
thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này.
Các biện pháp han chế phụ tải:
+ Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao.
+ Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phơng pháp sử dụng khâu phản hồi
âm dòng có ngắt.
13
M
c
,P
c
n
0
n
1
n

2
m
c
p
c
F,Q
v
n
q
đm
f
đm
0
hình 1-1
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
6, Yêu cầu hãm dừng chính xác
Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất qua trọng. Bởi vì khi
dừng chính xác thì đảm bảo chất lợng sản phẩm, tăng năng suất của máy,
an toàn cho thiết bị và ngời vận hành.
Các biện pháp nâng cao chất lợng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )
- Sử dụng những thiết bị khống chế.
-Tăng gia tốc của hệ thống.
-Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính.
- Tăng lực cản bằng cơ khí.
- Hãm bằng điện , sử dụng một trong ba phơng pháp:
+ Hãm ngợc
+Hãm động năng
+ Hãm tái sinh
- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
7, Yêu cầu về đảo chiều

Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620B là có đảo chiều, để đảm
bảo năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng.
8, Yêu cầu về kinh tế
+ Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận
thiện cho vận hành và sửa chữa.
+Vốn đầu t mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý.
+Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật.
14
®å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n trang bÞ ®iÖn
phÇn ii
thiÕt kÕ s¬ ®å nguyªn lý
 15 
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
2. 1 giới thiệu chung
I- Khái niệm chung
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản suất
ngày càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện
ngày càng phức tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao.
Do bộ biến đổi năng lợng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử
dụng nhiều thiết bị nh hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van .
Chúng đợc điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những u, nh-
ợc điểm khác nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một
chiều ta có đợc những hệ thống truyền động có chất lợng khác nhau. Do đó
để có đợc một phơng án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi
hỏi nhà thiết kế phải có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật
và kinh tế.
II- Nội dung chọn ph ơng án
Trong thực tế, khi đứng trớc một vấn đề sẽ có nhiều phơng án giải
quyết. Tuy nhiên mỗi phơng án có những u, nhợc điểm riêng và nhiệm vụ
của nhà thiết kế là phải chọn ra đợc phơng án tốt nhất.

Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu
cao thì chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn
giản. Còn các hệ thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lợng
nh điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ
một chiều, các hệ thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đợc các yêu cầu
và có khả năng tự động hoá cao.
Nh vậy, để chọn đợc hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải
dựa vào công nghệ của máy từ đó đa ra những phơng án đáp ứng đợc yêu
cầu công nghệ này. Để chọn đợc phơng án tốt nhất trong các phơng án đa
ra cần so sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ
điện một chiều thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến
16
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
chất lợng của hệ thống. Do đó việc chọn lựa phơng án của ta là chọn bộ
biến đổi thông qua việc xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ).
III- ý nghĩa của việc lựa chọn ph ơng án
Việc so sánh lựa chọn đợc phơng án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc
biệt quan trọng, nó đợc thể hiện qua các mặt:
+ Đảm bảo đợc yêu cầu công nghệ của máy sản suất.
+ Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài.
+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động.
+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh
kiện , thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua.
2-2 các ph ơng án truyền động
I- Các ph ơng án đ a ra
Để có dợc phơng án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh
kỹ thuật và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa 2620B, ở đây em
đa ra một số phơng án mà đáp ứng đợc các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ
của truyền động để từ đó làm căn cứ chọn ra phơng án tốt nhất.
Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc

điểm sau:
+ Phạm vi điều chỉnh: D = 2000:1
+ Độ trơn khi điều chỉnh:
= =
+
n
n
i
i
1
1
+Độ ổn định tốc độ khi làm việc :
n
n n
n
oi dm
oi
=

ữ( )%3 5
Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy
các hệ thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn
đợc chỉ tiêu này. Do vậy ta loại hai phơng án này và đa ra ba phơng án sau:
+ Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ .
+ Hệ thống van - động cơ.
+ Hệ thống xung áp - động cơ.
17
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
II- Ph ơng án I
Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ: ( MY- Đ )

1,Giới thiệu hệ thống
a, Sơ đồ

+ FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ
+ CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại.
+ KĐ: là khâu khuyếch đại, thực hiện nhiệm vụ khuyêch đai tín hiệu điều
khiển U
ĐK
+U
đ
:là điện áp đặt
2, Hoạt động của hệ thống
18
a b c
MY
Đ/C
ckđ
Đ
ft
ckf
kđ
u
đk
n
u
cđ
Hình 2-1
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Giả sử động cơ sơ cấp Đ/C quay với tốc độ = const , khi ta đặt vào
hệ thống một điện áp đặt U

đ
, thông qua mạch khuyếch đại, cuộn dây CKF
đợc cấp điện, MY đợc kích thích sẽ phát ra điện áp một chiều cấp cho
động cơ động cơ quay .
Do đặc điểm của MY là có cuộn dọc, cuộn ngang ; cuộn ngang đợc
nối ngắn mạch nên có dòng điện lớn và sinh ra từ thông lớn. Do vậy hệ
thống có hệ số khuyếch đại rất lớn.
- Nếu trong quá trình làm việc vì một nguyên nhân nào đó mà làm
cho tốc độ đông cơ giảm, qua biểu thức U
đk
=U
đ
- n ta thấy khi n giảm
thì U
đk
tăng qua mạch khuyếch đại I
CKF
tăng và U
d
tăng tốc độ động cơ
tăng về trị số yêu cầu.
Khi tốc độ động cơ tăng quá mức thì quá trình diễn ra ngợc lại. Đó
là nguyên lý ổn định tốc độ.
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống
ta có : I
CKF
= K
KĐ
U
đk

= K
KĐ
( Uđ - n )
E

= K
d
K
N
I
CK



E

= K
d
K
N
K
KĐ



(Uđ- n )
đặt :K
d
K
N

K
KĐ
= K

E

MY
= K(U

- n )
Xây dựng ph ơng trình đặc tính cơ của hệ thống:
n
U
K
R R
K
I
U E
n
E
K
R R
K
I
n
K U n
K
R R
K
I

u
d d
ud uE
d d
u
u EMY
EMY
d d
uE ud
d d
u
cd
d d
uE ud
d d
u
=
+
=
=
+
=


+




( )

Sau khi biến đổi biểu thức này ta đợc:
19
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
n
KU
K K
R
K
I
cd
d d d d
u
=
+

.
(*)
Trong đó : K = K
đ
K
N
K
KĐ


U
đ
: là điện áp đặt.
R = R

+ R
đ

Phơng trình (

) là phơng trình
đặc tính cơ của hệ thống. Ta thấy
rằng độ cứng của đặc tính là:


=
+
R
K K
d d
.
Độ cứng khi có mạch vòng phản
hồi âm tốc độ đã đợc cải thiện rất nhiều.
Họ đặc tính cơ của hệ thống đợc vẽ trên hình 2-2.
4, Đánh giá chất lợng hệ thống
a, Ưu điểm
+ Hệ thống làm việc rất linh hoạt.
+ Họ đặc tính cơ có dạng tuyến tính.
+Việc điều chỉnh đều đợc thực hiện trên mạch kích từ nên thuận tiện cho
tự động hoá , nâng cao chất lợng hệ thống.
+ Có hệ số khuyếch đại lớn.
b, Nhợc điểm
+ Có nhiều thiết bị quay ,gây ồn.
+ Hiệu suất sử dụng điện năng thấp =
Đ/C

;


đ
= 0,3 - 0,5
+ Diện tích lắp đặt lớn, đòi hỏi nền móng đặc biệt.
III - Ph ơng án II
Hệ thống van - động cơ: (T - Đ )
1,Giới thiệu
20
I,M
Hình 2-2
0
n
0 max
n
0 min
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
a, Sơ đồ
b,Các phần tử của sơ đồ
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập,thực hiện chức năng
biến năng lợng điện một chiều thành cơ năng
truyền động cho cơ cấu sản xuất.
+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển , thực hiện chức năng
biến năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng
điện một chiều cung cấp cho động cơ.
+ U
đ
tín hiệu điện áp đặt.
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.

+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung.






2, Hoạt động của hệ thống
21
a b c
bbđ
ckđ
đ
ft
xđk
fx
th
&
kđ
n
U
đ
Hình 2-3
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Giả sử ban đầu hệ thống đã đợc đóng vào lới với điện áp thích hợp,
lúc này động cơ vẫn cha làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt
U
đ
ứng với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và

mạch FX sẽ suất hiện các xung đa tới các chân điều khiển của các van của
bộ biến đổi bộ biến đổi , nếu lúc này nhóm van nào đó đang đợc đặt điện
áp thuận , van sẽ mở với góc mở . Đầu ra của BBĐ có điện áp U
d
đặt nên
phần ứng động cơ động cơ quay với tốc độ ứng với U
đ
ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho
tốc độ động cơ giảm thì qua biểu thức : U
ĐK
= U
đ
- n.
khi n giảm U
ĐK
tăng giảm U
d
tăng n tăng về điểm làm việc
yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngợc lại. Đây là
nguyên lý ổn định tốc độ.
3,Họ đặc tính cơ của hệ thống
Sức điện động của BBĐ:
E
b
= E
bm
cos = U
b
( U

b

=U : điện áp đầu ra của bộ biến đổi )
E
b
= K
KĐ
K
b
( U
đ
- n )



=

actg
K K U n
E
KD b d
bm
( )

+Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống:

n
U
K
R R

K
I
K K U
K
R R
K
I
n
K K U
K
R R
K K K
I
b
d d
b
d d
u
KD b d
d d
b u
d d
u
KD b cd
d d
b u
d d KD b
u
=
+

=
+
=
+
+


u
.
Đây là phơng trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ đợc họ đặc
tính cơ của hệ thống trên hình 2-4.
22
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
4, Đánh giá chất l ợng hệ thống
a, Ưu điểm:
+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác
động nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao.
+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt.
+ Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lợng hệ thống.
b, Nh ợc điểm
+ Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt,
di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp.
+Sức điện động của bộ biến đổicó dạng đập mạch làm phát sinh thành
phần sóng hài bậc cao gây phát nóng động cơ ( có thể khắc phục nhợc điểm
này bằng cách mắc thêm các cuộn kháng ).
+ Hệ thống làm việc có cos nhỏ.
IV - Ph ơng án III
Hệ thống xung áp - động cơ
1, Giới thiệu
a, Sơ đồ

23
m
Hình 2-4
n
n
0max
0
+
-
u
d
0
đ
mk
ckđ
xm
xk
fx kđ
u
đk
ft
n
u
cđ
Hình 2-5
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
b,Các phần tử của hệ thống
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập thực hiện chức năng biến đổi điện
năng một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất. ckđ là
cuộn kích từ của động cơ.

+ MK : là mạch khoá van có nhiệm vụ tạo xung điện áp ngợc đặt nên van
đẻ khoá van.
+ T :tiristo chức năng nh một khoá đóng mở để băm điện áp nguồn một chiều.
+ FT : là máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.
+Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo.
+KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp U
đk
để đa vào mạch FX.
+FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung
khoá cho mạch cho mạch khoá van MK.
+ D
O
: là van diốt.
2, Hoạt động của hệ thống
24
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo U
đ
( khi hệ
thống đã đợc đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có:
U
đk
= U
đ
- n
Tuy nhiên ban đầu n = 0 U
đk
= U
đ
, tín hiệu này qua mạch KĐ đợc

đa tới mạch FX sẽ pháp ra xng mở đa tới chân điều khiển của van T và ở
đầu ra có sức điện động ra E
b
.
E
t
T
U
b
CK
=
1
Sức điện động này đợc đặt nên động cơ và động cơ sẽ quay với tốc độ
tơng ứng với điện áp đặt ban đầu. Khi muốn thay đổi tốc độ động
cơ ta thay đổi U
đ
.
Trong quá trình làm việc giả sử
nguyên nhân nào đó mà tốc độ động cơ giảm
khi đó qua mạch phản hồi âm tốc độ ta có:
U
đk
= U
đ
- n
Khi n giảm U
đk
tăng t
1
=KU

đk
tăng E
b
tăng và tốc độ động
cơ sẽ tăng về giá trị đặt.
Nếu tốc độ động cơ tăng quá tốc độ đặt thì quá trình diễn ra ngợc lại.
Đây là nguyên lý ổn định tốc độ .
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống
25
u
t
t
1
t
ck
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Sức điện động của BBĐ:
E
t
T
U
b
CK
=
1

Phơng trình đặc tính cơ của hê thống:
n
E
K

R R
K
I
t U
T K
R R
K
I
t K u K U n
n
K U
T K K
R R
T K K
I
b
d d
b u
d d
u
CK d d
b u
d d
u
dk cd
cd
CK d d
b u
CK d d
u

=
+
=
+
= =
=
+

+
+



1
1 1 1
1
1 1
( . )
Đây làp phơng trình đặc tính cơ của hệ thống
từ phơng trình này ta có họ đặc tính cơ của
hệ thống nh hình vẽ.
4, Đánh giá chất l ợng hệ thống
a,Ưu điểm
+ Hệ thống này đợc dùng ở những nơi có nguồn một chiều có công suất ằ
công suất của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua R
b
và
đặc tính cơ có độ cứng cao.
+ Hệ thống này dùng ít van động lực .
26

n
n
0max
0
-n
0max
Hình 2-6
I

đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
+ Dễ tự động hoá.
b, Nh ợc điểm
+ Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều.
+ Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ.
+Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn.
V- Chọn ph ơng án truyền động
Trong cả ba phơng án đa ra đều đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ của
truyền động ăn dao của máy doa. Tuy nhiên, phơng án I với những nhợc
điểm căn bản là:
+ Giá thành đắt vì phải sử dụng nhiều máy điện quay.
+ Gây tiếng ồn, tốn diện tích lắp đặt.
+ Hiệu suất thấp chi phí vận hành lớn.
Vì những lý do đó ta loại phơng án này. Vấn đề là lựa chọn một
trong hai phơng án còn lại.
Trong hai phơng án còn lại ta thấy rằng phơng án III đòi hỏi phải có
nguồn một chiều với công suất lớn, điều này không phải nhà máy cơ khí
nào cũng có đợc. Trong trờng hợp không có nguồn một chiều thì ta phải tạo
ra nó từ nguồn xoay chiều , khi đó phơng án III trở nên phức tạp hơn phơng
án II. Mặt khác đối với truyền động ăn dao của máy doa đòi hỏi phạm vi
điều chỉnh rất lớn ( D= 2000:1). Nh vậy nếu sử dụng phơng án III ở vùng

tốc độ thấp hệ thống rất dễ rơi vào làm việc ở chế độ dòng gián đoạn. mà
muốn khác phục điều này cần phải có cuộn kháng với L
K
rất lớn.
Từ những phân tích nh vậy ta thấy rằng phơng án II có tính u việt
hơn cả. Ta chọn phơng án II làm phơng án truyền động cho truyền động ăn
dao của máy doa.
2. 3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý
Mạch điện nguyên lý của hệ thống truyền động điện gồm hai phần:
+ Mạch động lực.
+ Mạch diều khiển.
27
đồ án tốt nghiệp Bộ môn trang bị điện
Mạch động lực là phần tử trực tiếp thực hiện các quá trình năng lợng
theo yêu cầu công nghệ đặt ra. Mạch điều khiển có chức năng diều khiển
mạch động lực thực hiện các quá trình công nghệ . Nh vậy khi thiết kế sơ
đồ nguyên lý phải đi từ mạch động lực.
I-Thiết kế mạch động lực
Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lu, cuộn kháng,
máy biến áp động lực, các phần tử R- C. Theo phơng án đã chọn thì động
cơ là động cơ một chiều kích từ độc lập. Nh vậy,việc thiết kế sơ đồ mạch
động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp.
1, Chọn sơ đồ chỉnh l u
Có nhiều sơ đồ chỉnh lu đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên
ở mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lợng khác nhau, giá thành khác nhau .
Vấn đề đặt ra là lựa chọn cho phù hợp.
- Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lợng điện áp ra kém, nhất là
khi góc mở lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó đòi hỏi góc
mở dao động rộng và nh vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng đợc (khi góc
có nguy cơ hệ thống làm việc ở chế độ dòng gián đoạn ).

- Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha. Sơ đồ cầu ba pha
tuy có chất lợng điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành
cao và mạch diều khiển cũng phức tạp hơn. Sơ đồ tia ba pha có chất lợng
điện áp ra kém hơn ( điều này có thể khắc phục bằng các cuộn kháng )
song nó hoàn toàn đáp ứng đợc các yêu cầu công nghệ. Vì những lý do này
ta chọn sơ đồ tia ba pha.
2, Lựa chọn ph ơng án đảo chiều
Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hớng là đảo chiều
dòng kích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
a, Đảo chiều dòng kích từ
28