hệ thống điều khiển bằng điện khí nén

CHƯƠNG 1
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với thời gian, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển những công nghệ mới
dần được thay thế các công nghệ cũ. Điều đó không những đem lại hiệu quả trong công
việc mà nó còn làm lợi về kinh tế, nâng cao độ chuẩn xác giảm bớt sự cồng kềnh. Tuy
nhiên, đến nay việc áp dụng điều khiển bằng điện khí nén trong các dây trưyền sản xuất,
trong những công việc mang tính chất nguy hiểm, cần có độ an toàn cao, hay những dây
truyền cần có áp lực lớn ví dụ như: trong điều khiển máy xúc, trong luyện kim, trong
việc đóng gói sản phẩm vẫn không thể thiếu. Nó đóng một vai trò quan trọng trong các
dây truyền tự động.
Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện khí nén trong các ngành
kỹ thuật. Nhóm chúng em gồm ba người là:
Đã quyết định cùng nhau tìm hiểu thêm về các hệ thống điều khiển bằng điện khí
nén cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy :
vừa để có thêm kiến thức. Và cũng là để giúp ích cho chúng em sau nay ra trường. Đề tài
chúng em cùng nhau nghiên cứu là:

Nhưng do thời gian có hạn và kiến thức của chúng em về phần này còn hạn chế
nên trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo có nhiều thiếu sót và sản phẩm còn chưa
được hoàn thiện. Vì vậy, chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cô trong khoa để đồ
án của chúng được hoàn thiện hơn và có thêm những kiến thức sâu hơn về lĩnh vực điều
khiền bằng điện- khí nén.
1
Đề tài gồm có 7 chương:
Chương 1: Lời nói đầu, khái quát về lí do lựa chọn đề tài và kết cấu của đề tài.
Chương 2: Phân tích, lựa chọn động cơ cho máy khoan.
Chương 3: Phân tích, lựa chọn phương pháp điều khiển cho động cơ máy khoan.
Chương 4: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ máy
khoan.
Chương 5: Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén.
Chương 6: Thiết kế mạch điện - khí nén.

Chương 7: Thuyết minh toàn bộ hệ thống.
2
Lời cảm ơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy
giáo hướng dẫn: Nguyễn Phúc Đáo và các thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện
tử, cùng tất cả các thành viên trong lớp ĐK33S đã nhiệt tình đống hóp ý kiến, chỉ
bảo cho chúng em về kinh nghiệm thực tế và các tài liệu khoa học liên quan, để
chúng em có điều kiện hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Một lần nữa chúng em rất mong sự thông cảm cho những thiếu sót trong
nội dung đề tài và mong sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để chúng em có
được kiến thức và hiểu biết vững vàng hơn trong học tập và công tác sau này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Hưng yên, ngày ... tháng ... năm 2006
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Thuỳ Dương
Hoàng Quang Hưng
Vũ Văn Hoạt

3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................
4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
5


...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................
MỤC LỤC
NỘI DUNG TRANG
Chương 1:
6
DẪN NHẬP
1 - Đặt vấn đề.
Không khí chung quanh chúng ta nhiều vô kể và nó là một nguồn năng lượng rất
lớn mà con người đã biết sử dụng chúng từ trước công nguyên. Tuy nhiên sự phát triển
và ứng dụng khí nén lúc đó còn rất hạn chế do sự phối hợp giữa các ngành vật lý, cơ học
v.v…
Vào khoảng thế kỷ 17 các nhà bác học Blaise Pascal, Denis Papin, Otto von
Guerike đã xây dựng nền tảng cho việc ứng dụng của khí nén.
Cùng với sự phát triển của khí nén, năng lượng điện đã phát triển mạnh mẽ trong

nhiều lĩnh vực, con người đã biết ứng dụng kết hợp năng lượng điện với khí nén thiết kế
điều khiển bằng điện - khí nén.
2. Tầm quan trọng và ứng dụng của điện - khí nén.
7
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng điện
- khí nén không ngừng diễn ra.
Các ứng dụng của điện - khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết …
Các ứng dụng của điện - khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí
nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v…
3. Ưu nhược điểm của hệ thống điện - khí nén
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm môi trường.
- Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ,
tổn thất trên dọc đường thấp.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
* Nhược điểm:
- Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
- Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
4. Mục đích yêu cầu - giới hạn đề tài
Trong công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá, đất nước ta mở cửa cho các nhà
đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hoá công nghiệp điều khiển bằng khí nén
cũng dần xuất hiện nhiều.
Tự động hoá trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi
sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v…
Sự kết hợp giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng
trong sự phát triển của tự động hoá trong công nghiệp.
Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện - khí nén và cũng là để
củng cố thêm kiến thức sau khi ra trường, chúng em quyết định thực hiện đề tài:

8

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÊN TÀI LIỆU TÊN TÁC GIẢ
1. Hệ thống điều khiển bằng khí nén PTS Nguyễn Ngọc Phương
2. Trang bị điện - điện tử công nghiệp Nhà Xuất Bản Giáo Dục
3. Giáo trình điện tử công nghiệp Nhà Xuất Bản Giáo Dục
4. Truyền động điện Bùi Quốc Khánh
5. Máy điện 1, 2 Vũ Gia Hanh
9
Chương 2
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ CHO MÁY KHOAN
Lựa chọn động cơ cho máy khoan là một bước cộng việc rất quan trọng. Hệ thống
có thể hoạt động ổn định thì phải lựa chọn được động cơ phù hợp với yêu cầu của hệ
thống. Đối với động cơ máy khoan thì điều quan trong là tốc độ động cơ phải thay đổi
theo tải, dễ điều chỉnh tốc độ, ngoài ra còn phải thoả mãn yêu cầu của thực tế như: động
cơ gọn nhẹ, giá thành rẻ v.v…
Ở chương 2 này chúng em đi phân tích ưu nhược điểm của từng loại động cơ để
có thể có được sự lựa chọn tối ưu nhất .

2.1. Động cơ điện một chiều
Tuỳ theo cách kích từ, động cơ điện một chiều có những tính năng khác
nhau biểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau. Trong các đặc
tính đó, quan trọng nhất là đặc tính cơ biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mô men n =
f(M)
2.1.1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song
song
Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ được cấp điện từ một
nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (cuộn ứng)
10
Nếu cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì động
cơ là loại kích từ song song. Trường hợp này mà nguồn điện có công suất rất lớn so với

công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập.
* Phương trình đặc tính cơ
Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm
nên trong cuộn ứng lại suất hiện một suất điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản
điện động) có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Phương trình điện áp
ở mạch rotor sẽ là:
U = E + I
ư
R
ư
∑
(2.1)
Trong đó: U - điện áp lưới, V;
E - sức điện động của động cơ, V;
I
ư
- dòng điện phần ứng của động cơ, A;
R
ư
∑
- điện trở toàn bộ mạch phần ứng,
Ω
;
R
ư
∑
= R
ư
+ R
p

(2.2)
R
p
- điện trở phụ trong mạch phần ứng,
Ω
;
R
ư
- điện trở mạch phần ứng,
Ω
;
11
Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rotor:
E = k
φω
(*) (2.3)
Trong đó:
φ
- từ thông qua một cực từ, Wb;

ω
- tốc độ góc của rotor, rad/s
K- hệ số, phụ thuộc vào kết cấu động cơ;
a
pN
k
π
2
=
(2.4)

Với: p - số đôi cực từ chính;
N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng;
a - số mạch nhánh song song của cuộn ứng;
Nhờ lực từ tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rotor quay dưới tác
dụng của mô men quay.
M = k
φ
I
ư
(2.5)
Từ hệ 3 phương trình (2.1), (2.3), (2.5), có thể tìm được phương trình biểu thị
mối quan hệ
ω
= f(M).
Rút I
ư
từ (2.5) thay vào (2.1) cùng với (2.3), ta có phưng trình đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
M
k
k
U
2
u
)(
R
φ
φ
ω
∑

−=
(2.6)
* Đường đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ ta có đương đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập
có dạng hàm bậc nhất y = B + Ax:
12
Nhận xét:
Do R
ư
rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức, tốc độ giảm rất ít
(khoản 2%- 8% tốc độ định mức) cho nên đặc tính cơ của động cơ tự nhiên của động cơ
điện kích từ độc lập rất cứng.
Kết luận:
Với đặc tính cơ như vậy, động cơ điện kích từ độc lập được dùng trong trường
hợp tốc độ hầu như không thay đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại, …)
2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần
ứng.
Với cách mắc nối tiếp, dòng điện kích từ
bằng dòng điện phần ứng nên cuộn dây kích từ nối
tiếp có tiết diện dây lớn và số vòng dây ít. Từ thông
của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng (tức là phụ thuộc vào tải):
φ
=
'
k
I
ư
(2.6)

13
Trong đó:
'
k
- hệ số, phụ thuộc cấu tạo của cuộn dây kích từ.
* Phương trình đặc tính cơ
Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều nói chung:
U = E + I
ư
R
ư
∑
(a)
E = k
φω
(b)
M = k
φ
I
ư
= k
'
k
I
2
ư
(c)
ta có thể tìm được phương trình đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Thay (2.6) vào (b) rồi thay tiếp vào (a), ta rút ra:
''

kk
R
Ikk
U
u
u
∑
−=
ω
(d)
Rút I
ư
từ (c) và thay vào (d) sẽ được phương trình đặc tính cơ:
'
'
kk
R
Mkk
U
u
∑
−=
ω
(2.7)
* Đường đặc tính cơ
Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là một đường hypebol
14
Nhận xét:
Thực tế động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bão hoà ở vùng tải
định mức. Do vây khi tải nhỏ, đặc tính cơ có dạng đường hyperbol bậc 2 và mềm, còn

khi tải lớn (trên định mức ) đặc tính cơ có dạng gần thẳng và cứng hơn vì mạch từ đã
bão hoà (
const
=
φ
)
Giả thiết động cơ không tải (I = 0 hoặc M = 0) thì trốc độ không tải lý tưởng sẽ là
vô cùng lớn. Nhưng thực tế do có ma sát và các tổn thất phụ và động cơ có từ dư:
φ
dư
=
(2
÷
10)
'
φ
đm
nên khi không tải thì tốc độ không tải của động cơ vẫn có một giá trị là:
du
u
t
K
U
φ
ω
=
0
Kết luận:
Tốc độ
ω

ot
thường rất lớn so với tốc độ định mức, nên thực tế không cho phép
động cơ một chiều kích từ nối tiếp làm việc ở chế độ không tải hoặc rơi vào tình trạng
không tải. Vì vậy không cho loại động cơ điện này làm việc ở những điều kiện có thể
xảy ra mất tải như dùng đai truyền, vì khi xảy ra đứt hoặc trượt đai truyền tốc độ quay
tăng rất cao. Thông thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiểu P
2
= (0,2
÷
0,25 P
đm
) .
Đặc tính cơ của động cơ điện một 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 biêt 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 theo tải
15
Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mô men. Nhờ ưu điểm đó mà
động cơ này rất thích hợp cho những truyền động làm việc thường có quá tải lớn và yêu
cầu mô men khởi động lớn như máy nâng vận chuyển, máy cán thép …
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 sự sụt áp của lưới điện. Loại động cơ này
thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường dây cung cấp
điện dài.
2.1.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Với động cơ kích từ hỗn hợp từ thông được tạo ra do tác dụng đồng thời của 2
cuộn kích từ: một cuộn song (KTĐ
ss
) và một cuộn nối tiếp (KTĐ
nt

). Do vậy đường đặc
tính của động cơ điện một chiều kích từ hõn hợp (đường 3, đường 4) phân bổ giữa đặc
tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song (đường 1) và đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (đường 2).
Hình
Nếu từ trường của cuộn song song tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn nối tiếp
thì đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp (đường 3) gần đặc tính cơ của động cơ kích
từ song song hơn.
Nếu từ trường của cuộn nối tiếp tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn song song
thì đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp (đường 4) gần đặc tính cơ của động cơ kích
từ nối tiếp hơn.
Kết luận:
Động cơ kích từ hỗn hợp có đường đặc tính cơ mềm. Được dùng trong những nơi
cần các điều kiện mô men mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi
theo tải trong một vùng rộng như trong máy ép (nén), máy bào, máy in, máy cán thép,
máy nâng tải … Thời gian gần đây, động cơ kích từ hỗn hợp còn được dùng trong giao
16
thông vận tải vì có ưu điểm hơn so với động cơ kích từ nối tiếp ở chỗ dễ hãm bằng chế
độ phát điện trả năng lượng trở về lưới điện.
2. 2. Động cơ điện xoay chiều
2.2.1. Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ
2.2.1.1. Phương trình đặc tính cơ
Khi coi ba pha động cơ là đối xứng, được cấp bởi nguồn xoay chiều hình sin ba
pha đối xứng và mạhc từ động cơ không bão hoà thì có thể xem xét động cơ qua sơ đồ
thay thế một pha. Đó là sơ đồ điện một pha phía stator với các đại lượng điện ở mạch
rôto đã quy đổi về stator.

Trong đó:
I
0

- dòng điện từ hoá của động cơ;
R
m
, X
m
- điện trở, điện kháng mạch từ hoá;
I
1
- dòng điện cuộn dây stator;
R
1
,X
1
- điện trở điện kháng cuộn stator;
Khi cuộn dây stator được cấp điện với điện áp định mức U
1ph.đm
trên một pha mà
giữ yên rôto (không quay) thì mỗi pha của cuộn dây rôto sẽ xuất hiện một sức điện động
E
2ph.đm
theo nguyên lý của máy biến áp. Hệ số quy đổi sức điện động là:
dmph
dmph
E
E
U
k
,2
.1
=

(2.8)
Từ đó, có hệ số quy đổi dòng điện:
17
E
I
k
k
1
=
(2.9)
và hệ số quy đổi trở kháng:
2
E
I
E
XR
k
k
k
kk ===
Với các hệ số quy đổi này, các đại lượng điện ở mạch rôto có thể quy đổi về
mạch stator :
- dòng điện:
'
2
I
= k
I
I
2

- điện kháng:
'
2
X
= k
X
X
2
- điện trở:
'
2
R
= k
R
R
2
Dòng điện rôto quy đổi về stator:
( )
2
'
21
2
'
2
1
.1
'
2
XX
s

R
R
U
I
dmph
++








+
=
(2.10)
Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P
12
từ stator chuyển sang rôto thành
công suất động cơ P
cơ
đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt
∆
P
2
đốt nóng cuộn
dây:
P
12

= P
cơ
+
∆
P
2
(2.11)
Nếu bỏ qua tổn thất phụ thì có thể coi mô men điện từ M
đt
của động cơ bằng mô
men cơ M
cơ
:
M
đt
= M
cơ
= M
Từ đó: P
12
= M
0
ω
= M
ω
+
∆
P
2
18

M =
0
2
0
2
P
ωωω
s
P∆
=
−
∆
(2.12)
Công suất nhiệt trong cuộn dây ba pha là:
∆
P
2
= 3
2'
2
'
2
IR
(2.13)
Thay (2.10) vào (2.13), sau đó thay vào (2.12) sẽ được:
M =









+








+
2
2
'
2
10
'
21
3
nm
ph
X
s
R
Rs
RU
ω

(2.14)
trong đó: X
nm
= X
1
+
'
2
X
(2.15)
là điện kháng ngắn mạch.
Phương trình (2.14) biểu thị quan hệ M = f(s) = f
( )
[ ]
ω
s
là phương trình đặc tính
cơ của động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ.
2.2.1.2. Đường đặc tính cơ
19
Nhận xét
Ta thấy, đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không đồng bộ là một đường cong
phức tạp và có 2 đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K.
Đoạn đặc tính AK gần thẳng và cứng. Trên đoạn này, mô men động cơ tăng thì
tốc độ động cơ giảm. Do vậy, động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn định.
Đoạn KB cong với tốc độ dương. Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định.
Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế
Kết luận
Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là:
- Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là dộng cơ rôto lồng sóc.

- Động cơ không đồng bộ có giá thành hạ hơn so với động cơ điện một chiều.
- Vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra dộng cơ không đồng bộ dùng trực tiếp
lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo.
- Trong công nghiệp động cơ không đồng bộ được dùng làm máy tời hay quạt
gió. Trong nông nghiệp dùng để làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong
đời sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng:
quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tủ lạnh, v.v …
Tóm lại, theo sự phát triển của nền sản xuất điện khí hoá, tự động hoá và sinh
hoạt hàng ngày, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Nhược điểm :
- Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và khống chế các
quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu
hơn.
2.2.2. Động cơ điện đồng bộ
2.2.2.1.Phương trình đặc tính cơ
20
Rôto của động cơ đồng bộ quay cùng tốc độ với từ trường nên có phương trình
đặc tính cơ là:
p
f
1
0
2
π
ω
=
2.2.2.2. Đường đặc tính cơ
Nhận xét
Đường đặc tính cơ là đường song song với trục hoành OM, cắt trục tung
ω

O
tại
điểm
0
ω
. Tốc độ đồng bộ
0
ω
phổ biến là (125
÷
1500) vg/ph.
Đường đặc tính cơ của động cơ đồng bộ là tuyệt đối cứng (
∞=
β
). Điều đó chỉ
đúng trong phạm vi cho phép của mô men không vượt quá giá trị M
max
của động cơ.
Kết kuận
21
Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những truyền động công suất
trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho các
máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và cũng thường được sử
dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn.
Ưu điểm của động cơ đồng bộ là ổn định tốc độ cao, hệ số cos
ϕ
hiêụ suất lớn,
vận hành có độ tin cậy cao
2.2.3. Động cơ điện xoay chiều ba pha có vành góp
- Động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp là loại động cơ có thể điều chỉnh tốc độ

(trong một dải điều chỉnh trên dưới D = 10:1), bằng phẳng, kinh tế và chắc chắn và đồng
thời lại nâng cao được hệ số cos
ϕ
của lưới điện nhờ thay đổi vị trí các chổi than trên
vành góp mà không cần thay đổi mạch bên ngoài động cơ hoặc không phải thêm một
thiết bị phụ nào cả.
2.2.4. Động cơ điện xoay chiều một pha có vành góp
Động cơ điện xoay chiều một pha có vành góp nói chung kết cấu cũng tương tự
như máy điện một chiều kích từ nối tiếp, khác nhau giữa chúng là lõi thép và cực từ
stator của động cơ xoay chiều không đúc liền như ở động một chiều mà được ghép lại từ
những lá thép kỹ thuật điện để giảm tổn thất do dòng điện Foucault.
22
Nhận xét
Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều một pha có vành góp là mềm, khi tải tăng thì
tốc độ giảm nhanh. Khi tải giảm thì tốc độ tăng nhanh.
Kết luận:
Động cơ điện có vành góp một pha được ứng dụng chủ yếu trong việc điện khí
hoá đường sắt bằng dòng điện một pha. Thường được chế tạo với công suất khá lớn đặt
trên các đầu máy xe điện làm việc trên các tuyến đường sắt điện khí hoá ở một số nước
như Pháp, Đức , Mỹ, Nga …
Các động cơ công suất nhỏ hơn 0,5 kW được dùng rộng rãi trong công nghiệp
hoặc trong đời sống với yêu cầu tốc độ cao (3000
÷
30.000 vòng/phút) và phạm vi điều
chỉnh tốc độ rộng, tốc độ thay đổi theo tải như máy mài, máy hút bụi, máy lau nhà, máy
khâu, máy khoan …
Kết luận chung:
⇒
Từ những phân tích trên, ta thấy để đáp ứng được yêu cầu quan trọng của
động cơ truyền động cho máy khoan là tốc độ của động cơ phải thay đổi khi tải thay đổi,

thích hợp nhất là động cơ một chiều kích từ nối tiếp và động cơ xoay chiều một pha có
vành góp. Tuy nhiên, nếu sử dụng động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì phải chỉnh lưu
điện áp, còn nếu sử dụng động cơ xoay chiều một pha có vành góp thì có thể sử dụng
trực tiếp điện lưới, giảm bớt được một số công đoạn. Vì vậy, chúng em quyết định lựa
chọn động cơ xoay chiều một pha có vành góp làm động cơ truyền động cho máy khoan.
CHƯƠNG 4
23
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH ĐỘNG
LỰC CHO ĐỘNG CƠ MÁY KHOAN
4.1. Khảo sát vi mạch TCA785
Vi mạch TCA785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch
điều khiển bao gồm: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh, tạo
xung ra.
a. Ký hiệu và chức năng của TCA 785
Chân Kí hiệu Chức năng Chân Kí hiệu Chức năng
1 QS Chân nối đất 9 R9 Điện trở tạo mạch răng cưa
2 Q2
**
Đầu ra 2 đảo 10 C10 Tụ tạo mạch răng cưa
3 QU Đầu ra U 11 V11 Điện áp điều khiển
4 Q1
*
Đầu ra 1 đảo 12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
5 VSYNC Điện áp đồng bộ 12 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung
24
rộng
6 I Tín hiệu cấm 14 Q1 Đầu ra 1
7 QZ Đầu ra Z 15 Q2 Đầu ra 2
8 VRè Điện áp chuẩn 16 VS Điện áp nguồn nuôi

b. các thông số của TCA 785
Thông số
Giá trị
nhỏ nhất
Giá trị
tiêu biểu
(F = 50Hz,
VS = 5V)
Giá trị
lớn nhất
Đơn vị
Dòng tiêu thụ thụ IS 4,5 6,5 10 MA
Điện áp vào điều khiển, chân 11
Trở kháng vào
V11
R11
0,2 15 V10
max
Vk
Ω
Mạch tạo răng cưa
Dòng nạp tụ
Biên độ của răng cưa
Điện trở mạch nạp
Than gian sườn ngắn của xung răng cưa
I10
V10
R9
tP
10

3
80
1000
VS – 2
300
A
µ
V
K
Ω
S
µ
Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm
Cho phép
V6I
V6H 4
3,3
3,3
2,5 V
V
Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp
Xung rộng
V13H
V13L
3,5 2,5
3,5
2,5 V
V

Độ rộng xung ra, chân 14, 15
Điện áp ra mức cao
điện áp ra mức thấp
Độ rộng xung hẹp
Độ rộng rộng
V14/15L
V14/15L
tP
tP
VS – 3
0,3
20
530
VS – 2,5
0,8
30
620
VS
1,0
2
40
760
V
V
S
µ
/
nF
Điện áp điều khiển
Điện áp chuẩn

Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
VREF
α
rsef
2,8 3,1
2x10- 4
3,4
5x10- 4
Tính toán các phần tử bên ngoài
Tụ răng cưa: C10 Min Max
25