Đồ án Nghiên cứu thiết kế lắp đặt mạch điều khiển truyền động chính máy doa ngang 2620A

MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU
Cuộc cách mạng khoa học công nghệ ngày càng phát triển mạnh mẽ đáp
ứng được các yêu cầu đặt ra trong lĩnh vực hiện đại hóa các trang thiết bị máy
móc phục vụ cho quá trình sản xuất. Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá
đất nước, yêu cầu tự động hoá trong máy sản xuất ngày càng cao, điều khiển
linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu xuất sản xuất cao. Mặt khác , với công nghệ
thông tin và công nghệ điện tử phát triển ngày càng cao và nhu cầu con người
ngày càng đòi hỏi ngững sản phẩm sản xuất ra đạt độ chính xác và độ thẩm mỹ
cao.
Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim
loại luôn đòi hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như Có khả năng tự động
hoá cao, độ chính xác tuyệt đối. Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và
bằng phẳng, kết cấu gọn nhẹ, hiệu xuất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng
đảm bảo tính kinh tế.
Để đáp ứng được công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nâng cao chất
lượng sản phẩm, giảm được sức lao động và tiết kiệm chi phí, hạ giá thành thì
việc thiết kế, tính toán để chế tạo máy móc là một khâu rất quan trọng đòi hỏi
người thiết kế phải nắm vững quy trình sản xuất của từng loại máy. Đồng thời,
dựa vào việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của các phương án nhằm mục
đích đảm bảo được các máy móc thiết bị khi chế tạo ra là tối ưu nhất.
Chính vì vậy, qua đợt làm đồ án môn học thiết kế hệ thống điện điện tử
này là một lần nữa giúp chúng em có thêm cơ hội, thời gian để tìm hiểu và học
tập một cách sâu hơn, cụ thể hơn về lý thuyết trang bị điện. Đó chính là bài học
kinh nghiệm quan trọng và vô cùng ý nghĩa đối với những kỹ sư tương lai như
chúng em.
Nhận thức tầm quan trọng đó nhóm em đã làm việc với tinh thần nghiêm
túc, vận dụng những kiến thức của bản thân, những ý kiến đóng góp của bạn bè
và đặc biệt là sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Th.S Vũ Duy Hưng đã giúp

chúng em hoàn thiện đồ án môn học này.
Tuy đã có nhiều cố gắng, song kiến thức rộng và thực tế còn hạn chế nên
khó tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy Cô giáo
để đồ án nhóm em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày: 20/01/2016
Nhóm Sinh viên thực hiện:
Nhóm 2
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế, bản đồ án này sẽ nghiên cứu “Nghiên
cứu thiết kế, lắp đặt mạch điều khiển truyền động chính máy doa ngang
2620 ”.


PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY DOA NGANG 2620A
1. Chức năng, công dụng của máy doa
Máy doa ngang 2620A nằm trong nhóm máy cắt gọt kim loại thứ ba. Đây
là loại máy có vai trò quan trọng trong nền công nghiệp. 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 công nghệ của nó có thể dùng để doa, khoan, khoét, phay với
các nguyên công sau:
- Nguyên công doa: Thường doa các lỗ hình côn, hình trụ, các mặt phẳng
vuông góc với nhau có độ định tâm cao.
- Nguyên công 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.
- 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 thường nặng nề nhất.
- Nguyên công phay: Phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong,
phay mặt ngoài.

2. Phân loại máy doa
Máy doa có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độ
chuyên môn hoá khác nhau. Ta có thể phân loại máy doa theo các cách sau:
- Phân loại theo chức năng, công dụng:
+ 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 không 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 động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở.
+ Loại phức tạp: Dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo
có thể điều khiển theo chương trình. Đây là loại máy doa gia công có độ chính
xác rất cao.
- 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.
3. Kết cấu của máy doa 2620A
Thân máy: Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu hình chữ U, hai đầu
có hai ụ
Ụ chính: Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân
máy. Động cơ trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ, quá trình
di chuyển được thực hiện nhờ trục chính hoặc động cơ chạy dao.
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.
Bàn máy: Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua
phải.
4. Đặc điểm công nghệ
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 ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình
dạng của máy được mô tả như sau:


Hình 1-1: Hình dạng bên ngoài của máy doa
Trên bệ máy 1 đặt trụ trước 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt
giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể
dịch chuyển theo chiều ngang hoặc dọc bệ máy. Ụ trục chính có thể chuyển
động theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể chuyển
động theo phương ngang.
Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính).
Chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi
tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. Chuyển động phụ là chuyển
động thẳng đứng của ụ dao vv…
5. Yêu cầu đối với truyền động điện máy doa
5.1. Truyền động chính
Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1
với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động
chính cần phải hãm dừng nhanh.
Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không
đồng bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một hay nhiều cấp tốc độ). Ở
những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ
trơn trong phạm vi rộng. Nhờ vậy có thể giảm kết cấu, mặt khác có thể hạn chế
được mômen ở vùng tốc độ thấp bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng.

 Cơ cấu Truyền động chính.

Trong truyền động chính của máy doa, lực cắt là lực hữu ích lò phụ thuộc
vào chế độ cắt (t, s, v), vật liệu chi tiết và dao.
Mô men trên trục chính của máy quay được xác định theo công thức:
Trong đó:
- Fz: lực cắt (N)


- d: đường kính của chi tiết gia công hoặc phôi m
Mô men hữu ích trên trục động cơ là:
Với I Tỷ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy.
Đối với truyền động chính là chuyền động tinh tiến, mômen hữu ích trên
trục động cơ là:
Trong đó ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục truyền động cơ được xác
định bằng tỷ số giữa tốc độ bàn và tốc độ động cơ.
ρ = V / 6 0. ω (m)
Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác định như sau:
η hiệu suất bộ truyền từ trục động cơ điện trục chính.
5.2. Truyền động ăn dao
Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao D = 1500/1.
Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph÷600mm/ph. Khi di
chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph.
Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu được giữ không đổi
khi tốc độ trục chính thay đổi.
Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ < 10%, hệ thống
truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác
đảm bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động.
Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao sử
dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ một chiều hoặc hệ thống T – Đ.

 Cơ cấu truyền động ăn dao:

Trong đó:

k= 1,2 Ι 1.5 Hệ số dự trữ
Fx: thành phần lực cắt theo phương di chuyển của bàn dao
Fms: Lực ma sát của bàn ở hướng gờ trượt.
Fd: Lực dính (đối với máy dao thì lấy trong phạm vi điều chỉnh tốc
độ Fad=30~150)
Khi khởi động lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng của bộ
phận di chuyển và lực dính.
Khi cơ cấu ăn dao làm việc lực ăn dao được tính:
Trong đó:
- : Đường kính trung bình của trục vít vô tận(mm):
- ∝ góc lệch của đường ren trục ……(độ)
- φ góc ma sát của đường ren vít (độ)


Góc lệch đường ren trục vít xác định bởi đường kính trục vít và bước ren
của đường ren trục vít:
α= arc tag t / d
Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác dịnh bởi công thức:
Trong đó: là tỷ số truyền và hiệu suất của bộ truyền.
 Tổn hao trong máy:

Tổn hao trong máy phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố dạng và số lượng khâu
động học, dạng ổ đỡ ( trượt hoặc lăn ) dạng và nhiệt độ dầu bôi trơn sự thay đổi
phụ tải, tốc độ của máy….
Hiệu suất định mức của các cơ cấu là tích của tất cả các hiệu suất định
mức của các khâu.

Hệ suất của cơ cấu được xác định theo biểu thức:
Trong trường hợp riêng khi Mhi = Mhi đm, Kt = 1 tương ướng sẽ có
η = ηđm.
Đối với cơ cấu truyền động chính máy doa tỷ số a/b = x = const phụ thuộc
cấu trúc của máy, khối lượng phần quay và độ phức tạp của sơ đồ động học (x=1
đối với các máy cỡ nhẹ với sơ đồ động học đơn giản; x=2 đối với các máy cỡ
nặng, sơ đồ động học phức tạp).
Khi tính toán lấy giá trị trung bình x=1,5 ta sẽ có:
Các giá trị a,b được sử dụng trong tính toán thực tế.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng thì hệ số tổn hao a không phụ thuộc vào
tốc độ và có thể coi a phụ thuộc vào tuyến tính tốc độ. Với a là hệ số tổn hao
không đối xứng với tốc độ định mức.
5.3. Thông số kỹ thuật
Máy doa ngang 2620A là loại máy doa vạn năng dùng để gia công lỗ đã
khoan hoặc khoét mà kích thước giữa các tâm lỗ yêu cầu độ chính xác tuyệt đối
cao từ cấp 9 đến cấp 7 và ra = 6,3 ÷ 1,25μm. Với dao doa có chất lượng tốt, chọn
chế độ cắt và để lượng dư phù hợp, doa có thể đạt độ chính xác cấp 6. Doa đạt
độ cứng vững cao, lưỡi cắt thường bố trí không đối xứng nên khắc phục được độ
rung động.
Ngoài ra còn thực hiện một số nguyên công phụ khác như: khoan, phay
bằng dao phay mặt đầu, gia công ren....
Máy doa 2620A là máy có kích thước cỡ trung bình:
Đường kính trục chính: 90 (mm)
Công suất truyền động chính: 10(kw)
Tốc độ quay trục chính điều chỉnh trong phạm vi: (12,5 ÷ 1600) vg/ph
Công suất động cơ ăn dao: 2,1(kw)


Tốc độ ăn dao có thể điều chỉnh được trong phạm vi: (2,1 ÷ 1500)vg/ph
và tốc độ lớn nhất có thể đạt tới 3000vg/ph.

6. Các chế độ vận hành của máy
Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động.
Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng
phương pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định tọa độ của ụ, trục nhờ hệ kính
phóng đại quang học.
Điều khiển máy nhờ các nút bấm và tay gạt, chúng được bố trí trên hai ụ
máy.
7. Các yêu cầu trang bị điện cho truyền động ăn dao của máy doa 2620A
Trong máy doa ngang 2620A 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. Truyền động
dùng động cơ một chiều kích từ độc lập có các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng
như:
7.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Truyền động ăn dao của máy doa ngang 2620A có yêu cầu phạm vi tốc độ
rộng, dải điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số:
n
1500
D = max =
nmin
1
7.2. Độ trơn khi điều chỉnh
Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như doa lỗ có đường
kính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi phay thì cần tốc độ lớn. Để đảm bảo chất
lượng gia công bề mặt có độ bóng từ cấp 6 ÷ 9 thì tốc độ phải được điều chỉnh
vô cấp.
n
ϕ = i +1 = 1
ni
7.3. 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 ÷ Mmax thì yêu cầu độ
n 0 i − n dmi
∆n =
≤ (3 ÷ 5)%
n 0i
sụt tốc độ là:
7.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ
Truyền động ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiến, nếu mô
men cản MC 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 được xác định bởi lực ăn
dao, bao gồm: lực kéo Fx, tổn hao ma sát trên gờ trượt 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 thường 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 trượt ảnh
hưởng tới tốc độ thì lực kéo bàn là Qn và được biểu diễn như hình vẽ sau:

Hình 2.Mối quan hệ giửa đặc tính điều chỉnh và đặc tính cơ.
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

7.5. Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải
Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động.
Trong đó:
- Quá tải tĩnh: Là 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: Là các quá trình khởi động, hãm, đảo chiều. Để rút ngắn
thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này.
Các biện pháp hạn chế phụ tải:
+ Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao.


+ Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi
âm dòng có ngắt.
7.6. Yêu cầu hãm dừng chính xác
Việc dừng máy chính xác là một yêu cầu rất quan trọng. Bởi vì khi dừng
chính xác thì đảm bảo được chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an
toàn cho thiết bị và người vận hành.
Các biện pháp nâng cao chất lượng 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 phương pháp:
+ Hãm ngược
+ Hãm động năng
+ Hãm tái sinh
- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
7.7. Yêu cầu về đảo chiều
Đặc điểm công nghệ của máy doa 2620A là có đảo chiều, để đảm bảo
năng suất cho máy thì việc yêu cầu về đảo chiều là rất quan trọng.

7.8. 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 tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý.
Giá thành hệ thống thấp, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật.


8. Sơ đồ truyền động ăn dao máy doa ngang 2620 dùng hệ thống máy điện
khuếch đại – động cơ một chiều
Hệ thống truyền động ăn dao thực hiện theo hệ MĐKĐ có bộ khuếch đại
điện tử trung gian, thực hiện theo hệ kín phản hồi âm tốc độ. Tốc độ ăn dao
được điều chỉnh trong phạm vi (2,2 ÷ 1760)mm/ph. Di chuyển nhanh đầu dao
với tốc độ 3780mm/ph chỉ bằng phương pháp điện khí.

Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống truyền động ăn dao máy doa 2620


Tốc độ ăn dao được thay đổi bằng cách chuyển đổi sức điện động của
khuếch đại máy điện khi từ thông động cơ là định mức, còn di chuyển nhanh
đầu dao được thực hiện bằng cách giảm nhỏ từ thông động cơ khi sức điện
động của MĐKĐ là định mức.
Kích từ của MĐKĐ là hai cuộn 1CK và 2CK được cung cấp từ bộ khuếch
đại điện tử hai tầng. Tầng 1 là khuếch đại điện áp (đèn kép 1ĐT) và tầng hai là
tầng khuếch đại công suất (đèn 2ĐT và 3ĐT). Tín hiệu đặt vào tầng 1 là:
Uv1= Ucđ – γ.ω – Um2
Trong đó: Ucđ - điện áp chủ đạo lấy trên biến trở 1BT;
γω - điện áp phản hồi âm tốc độ động cơ, lấy trên FT
Um2- điện áp phản hồi mềm, tỷ lệ với gia tốc và đạo hàm gia tốc, lấy
ở đầu ra của cuộn thứ cấp 2BO-2 và 2BO-3 của biến áp 2BO, cuộn sơ cấp của
2BO (2BO-1) nối tiếp với mạch R, C. Do đó, dòng điện sơ cấp của biến áp vi

phân 2B0-1 gồm hai thành phần tỷ lệ với tốc độ và tỷ lệ với gia tốc của động cơ.
Như vậy điện áp thứ cấp biến áp 2BO sẽ tỉ lệ với gia tốc và đạo hàm của gia tốc
động cơ.
Điện áp đặt vào tầng khuếch đại 2 là Uv2 được xác định bằng biểu thức:
Uv2 = Ur1 – Um1
Trong đó: Ur1- điện áp đầu ra tầng 1, là điện áp rơi trên điện trở R8, R9.
Um1- điện áp phản hồi mềm tỷ lệ với đạo hàm dòng điện mạch ngang,
được lấy trên hai cuộn thứ cấp 1BO-2 và 1BO-3; cuộn sơ cấp 1BO-1 mắc nối
tiếp trong mạch ngang của MĐKĐ.
- Nguyên lý làm việc:
Khi điện áp chủ đạo bằng không, do sơ đồ bộ khuếch đại nối theo sơ đồ
cân bằng nên dòng điện anôt hai nửa đèn 1ĐT là như nhau (I aP = IaT), điện áp rơi
trên R8 và R9 bằng nhau, như vậy điện áp ra tầng 1 bằng không.
Ur1 = (IaP - IaT).R8 = 0
và tương tự dòng điện anôt hai đèn 2ĐT và 3ĐT bằng nhau (Ia2 = Ia3), hai
cuộn dây 1CK và 2CK có điện trở và số vòng như nhau, sức từ động của chúng
tác dụng ngược chiều nhau nên sức từ động tổng của KĐMĐ bằng không.
F∑ = F1CK – F2CK = (Ia2 – Ia3).W = 0
Khi RT = 1, → Ucđ > 0, do sự phân cực của điện áp chủ đạo nên nửa đèn
phải thông yếu hơn nửa đèn bên trái của 1ĐT, điện áp trên R 8 lớn hơn điện áp
trên R9, điện áp ra của tầng 1 có cực tính làm cho đèn 3ĐT thông mạnh hơn 2ĐT
tức là Ia3 > Ia2 hay I2CK > I1CK và sức từ động F∑ có dấu tương ứng với chiều quay
thuận của động cơ. Tốc độ động cơ lớn hay bé tuỳ thuộc vào điện áp chủ đạo.
- Khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt:
Lợi dụng tính chất của MĐKĐ là khi có dòng điện phần ứng, điện áp ra
của nó sẽ giảm do tác dụng của phản ứng phần ứng. Mạch phản hồi âm dòng
điện có ngắt gồm có cuộn bù, cầu chỉnh lưu 1V và biến trở 2BT. Khi dòng điện
phần ứng còn nhỏ và nhỏ hơn dòng điện ngắt (Iư< Ing), sụt áp trên cuộn bù nhỏ

hơn điện áp trên biến trở 2BT(U 0); cầu chỉnh lưu 1V không thông, và dòng điện
cuộn bù hoàn toàn tương ứng với dòng điện phần ứng, MĐKĐ được bù đủ. Với
giả thiết Ib = Iư thì sức từ động của cuộn bù sẽ là:
Fb = Ib.Wb = Iư.Wb
Khi Iư > Ing thì ta có Ub > U0; các van 1V thông, xuất hiện dòng điện phân
mạch I1V và dòng điện cuộn bù sẽ giảm đi một lượng:
Ib = Iư – I1V
Mức độ bù giảm đi và kết quả điện áp ra của MĐKĐ giảm nhanh khi
dòng điện phần ứng tăng làm cho dòng điện phần ứng được hạn chế.
Trong trường hợp này, sức từ động của MĐKĐ là:
F∑ = F12 + Fb - Fd = F12 + (Iư – I1V).Wb – Iư.Wb = F12 – I1V.Wb
Trong đó: F12 – stđ của hai cuộn 1CK và 2CK
Fb = Ib.Wb - sức từ động của cuộn bù
Fd = Iư.Wb - sức từ động dọc trục được bù đủ khi Iư < Ing.
Từ công thức F∑ ta thấy: khi Iư > Ing thì sức từ động của MĐKĐ bị giảm đi
một lượng (Ilv.Wb). Như vậy có thể coi sức từ động tổng của MĐKĐ được sinh
ra bởi hai cuộn 1CK - 2CK là F 12 và cuộn bù Wb với sức từ động (I1V.Wb) ngược
chiều sức từ động F12.

PHẦN 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN – MẠCH
ĐỘNG LỰC
I. Giới thiệu linh kiện
Trong mạch có sử dụng một số linh kiện như: Công tắc tơ, aptomat 3 pha,
Rơle nhiệt, Rơle trung gian, Rơle thời gian,….
Mạch động lực thiết kế theo yêu cầu sử dụng một động cơ truyền động
chính là động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc hai cấp tốc độ:
1460 vòng/phút khi dây quấn Stato đấu (∆) và 2890 vòng/phút khi dây quấn
Stato đấu ΥΥ.
1.1 Công tắc tơ.
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng

ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ
xa bằng tay hay tự động.


Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện
từ, thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn
cả.
Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông F
và sinh ra lực hút điện từ F đt. Do lực hút điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho
nắp của nam châm điện bị hút về phía mạch từ tĩnh.
Các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ được đóng lại mạch điện thông.
 Theo nguyên lý truyền động người ta chia công tắc tơ thành các loại sau:

+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng điện từ.
+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng thủy lực.
+ Công tắc tơ đóng ngắt tiếp điểm bằng khí nén.
+ Công tắc tơ không tiếp điểm.
 Theo dạng dòng điện trong mạch:

+ Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng ngắt mạch điện một chiều.
Nam châm điện của nó là nam châm điện một chiều.
+ Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng ngắt mạch điện xoay
chiều. Nam châm điện của nó là nam châm điện xoay chiều.

1.2 Aptomat ba pha
Aptomat là khí cụ điện được sử dụng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ
quá tải, ngắn mạch, thấp áp,. .. cho thiết bị điện.


 Cấu tạo của aptomat có các bộ phận chính sau:

- Tiếp điểm
Aptomat thường có 2 đến 3 loại tiếp điểm, tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ
và hồ quang.
Với các aptomat nhỏ thì không có tiếp điểm phụ. Tiếp điểm thường được
làm bằng vật liệu dẫn điện tốt nhưng chịu được nhiệt độ do hồ quang sinh ra,
thường làm hợp kim Ag-W,Cu-W hoặc.
Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm
phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính
mở trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy
hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính.
Tiếp điểm phụ được sử dụng để tránh hồ quang cháy lan sang làm hỏng tiếp
điểm
chính.
- Hộp dập hồ quang
Thường sử dụng những tấm thép chia hộp thành nhiều ngăn cắt hồ quang
thành nhiều đoạn ngắn để dập tắt.
 Các móc bảo vệ

- Móc bảo vệ dòng cực đại
Để bảo vệ thiết bị điện khỏi 3 bị quá tải, đặc tính A-s của móc bảo vệ phải
nằm dưới đặc tính A-scủa thiết bị cần bảo vệ. Cuộn hút điện từ được mắc nối
tiếp với thiết bị. Khi dòng điện vượt quá giá trị cho phép thì tấm thép động 2 bị
hút, cần chủ động được kéo lên, lò xo 6 kéo cần bị động ra, tiếp điểm mở ra ngắt
mạch điện qua thiết bị.
- Móc bảo vệ kiểu rơ-le nhiệt
Kết cấu này rất đơn giản như rơ-le nhiệt bao gồm phần tử nung nóng mắc
nối tiếp với mạch chính, tấm kim loại (bi-metal) giản nở nhả móc ngắt tiếp điểm
khi dòng điện qua thiết bị thiết bị lớn.
Nhược điểm của loại này là quán tính nhiệt lớn.

- Móc bảo vệ thấp áp
Cuộn hút mắc song song với mạch điện chính, khi điện áp thấp, lực hút
của cuộn hút giảm yếu hơn lực lò xo 3, móc 4 bị kéo lên, lò xo 6 kéo tiếp điểm
aptomat ra.


 Các thông số kỹ thuật cơ bản:

- Điện áp định mức: là giá trị điện áp làm việc dài hạn của thiết bị điện
được aptomat đóng ngắt.
- Dòng điện định mức: là dòng điện làm việc lâu dài của aptomat, thường
dòng định mức của aptomat bằng 1.2-1.5 lần dòng định mức của thiết bị được
bảo vệ.
- Dòng điện tác động Itd: là dòng aptomat tác động, tuỳ thuộc loại phụ tải
mà tính chọn tác động khác nhau. Với động cơ điện không đồng bộ pha rotor
lồng sóc thì thường Itd=1.2-1.5 It, với It làaptomat bảo vệ được thiết bị thì đặc
tính A-s của aptomat phải thấp hơn đặc tính A-s của thiết bị.
1.3 Rơle nhiệt
 Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì

nhiệt của các thanh kim loại.
 Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt:

- Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo
từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dung nvar có 36%
Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn
(thường là đồng thau hay thép crôm –
niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần
invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành
một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc

hàn.
- Khi đốt nóng do dòng I phiến kim
loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn
nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng
điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để
độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại
phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực
đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày
và ngắn.
1.4 Rơle trung gian.
Rơle trung gian làm chức năng thực hiện các theo tác trung gian, hoặc đi
đóng cắt cuộn dây khống chế của công tắc tơ, aptômat hoặc máy cắt điện. Vì
thế, rơle trung gian thường có nhiều tiếp điểm, kể cả tiếp điểm thường mở và
thường đóng.
Thực chất của rơle trung gian chỉ là một nam châm điện có gắn hệ thống
tiếp điểm (hình). Nam châm điện gồm cuộn dây 1, lõi thép tĩnh 2 và lõi thép


động 3. Lõi thép động được định vị nhờ vít điều chỉnh 4 và được găng bởi lò xo
12. Độ găng của lò xo điều chỉnh được nhờ vít điều chỉnh 5. Cuộn dây 1 có thể
là cuộn điện áp, cuộn cường độ, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ.
Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm thuận 6 – 7 và tiếp điểm nghịch 10 – 11.
Khi cuộn dây có điện, nó hút lõi thép 3 xuống, các đầu tiếp xúc động 7 và
10 được nâng lên, do đó tiếp điểm thuận 6-7 đóng lại, tiếp điểm nghịch 10-11
mỏ ra.
Các vít 4 và ốc 5 để điều chỉnh điện áp (hay dòng điện) hút và nhả của
nam châm điện.

Loại rơle này thuộc loại tác động ngay, tức có điện thì nó đóng, mắt điện
nó nhả ngay. Người ta còn chế tạo loại rơle trung gian nhả chậm (hình 2.12).

Điểm khác nhau giữa rơle thường và rơle nhả chậm, là trên mạch từ của rơle nhã
chậm có lắp một ống ngắn mạch 3 thường làm bằng đồng.
Khi cuộn dây 1 có điện, nó tạo ra từ thông trong mạch làm lá thép động bị
hút xuống lá thép tĩnh, đóng tiếp điểm 8. Khi cuộn dây mất điện, từ thông ộb
trong mạch giảm, nên trong ống ngắn 3 sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng để tạo
ra từ thông bù lại sự giảm của từ thông ộb, theo định luật Lenxơ.


Nhờ vậy, từ thông trong mạch
giảm chậm và lá thép động không bị
nhả ngay, giữ cho tiếp điểm 8 tiếp tục
đóng một thời gian sau khi cắt điện
vào cuộn hút. Tiếp điểm 8 gọi là tiếp
điểm thường mở, mở có thời gian.
Ngược lại, nếu rơle nhả chậm có lắp
ráp tiếp điểm nghịch, thì nó sẽ là tiếp
điểm thường đóng, đóng có thời gian.
Ốc 5 để điều chỉnh độ găng của
lò xo 4, và do đó, làm thay đổi điện áp
cũng như thời gian nhả chậm. Lá đồng
mỏng 7 để thay đổi khe hở giữa lá thép
6 và lõi thép tĩnh, sẽ làm thay đổi điện
áp nhả cũng như thời gian nhả chậm.
Thời gian nhả chậm của rơle có thể đạt
tới 5 giây.
1.5 Rơle thời gian
- Dùng để duy trì thời gian đóng chậm hoặc mở chậm của hệ thống tiếp
điểm so với thời điểm đưa tín hiệu tác động vào rơle. Thời gian chậm này có thể
vài phần giây cho đến hàng giờ.
- Có rất nhiều loại rơle thời gian với nguyên lí, cấu tạo rất khác khác nhau

như:
+ Rơle thời gian kiểu điện từ
+ Rơle thời gian kiểu thủy lực.
+ Rơle thời gian kiểu đồng hồ.
+ Rơle thời gian kiểu điện tử - bán dẫn.
- Nguyên lí:

+ Trong quá trình đóng hay ngắt cuộn dây rơle thì ở trong vòng ngắn
mạch (chính là ống lót bằng đồng 1) sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, dòng
điện do nó sinh ra sẽ tạo ra một từ thông chống lại sự biến thiên từ thông do
cuộn 7 dây sinh ra. Do đó nó làm cho tốc độ thay đổi của từ thông chậm lại làm
thời gian tác động của rơle chậm lại.


+ Thay đổi thời gian tác động bằng cách thay đổi độ căng lò xo 3, điều
chỉnh vít 4 để điều chỉnh chiều rộng khe hở có miếng đệm 6 hoặc trị số dòng
điện.

1.6 Công tắc hành trình.

Công tắc hành trình là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch dùng ở lưới điện
hạ áp. Nó có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế
bằng động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho quá trình chuyển động
cơ khí thành tín hiệu điện.

Ký hiệu: bộ phận tiếp điểm của công tắc hành trình bao giờ cũng có 1 tiếp
điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng, trong đó tiếp điểm động là chung.
Trong các sơ đồ điện thì tiếp điểm của công tắc hành trình được ký hiệu: Cấu
tạo công tắc hành trình Dùng để đóng ngắt mạch điện điều khiển trong truyền
động tự động hóa.tùy thuộc vị trí cữ gạt ở các cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm

tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình
để đảm bảo an toàn.


PHẦN II. TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ
1. Chọn Động cơ
Dựa theo yêu cầu bài toán và thông số Máy doa 2620A, Ta chọn động cơ
tương ứng thỏa mãn điều kiện:
Đường kính trục chính: 90 (mm)
Công suất truyền động chính: 10(kw)
Tốc độ quay trục chính điều chỉnh trong phạm vi: (12,5 ÷ 1600) vg/ph
Công suất động cơ ăn dao: 2,1(kw)
Tốc độ ăn dao có thể điều chỉnh được trong phạm vi: (2,1÷1500)vg/ph và
tốc độ lớn nhất có thể đạt tới 3000vg/ph.
Từ đó ta chọn Động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng sóc 50hz
kiểu 3K160S2. Các thông số của động cơ như sau:
-

Kiểu
3K160S
2

Công
suất

Tốc
độ

Điện áp
∆/Y

KW
11

v/ph
2940

V
220/380

Tỷ số
momen
khởi
động

Tỷ số
dòng
khởi
động

2,6

7,0

Dòng

A
35,3/20,
4
Cấp bảo Cấp cách

vệ
điện
IP
44

F

Hiệu
suất

Hệ số
công
suất

ɳ%
89

cosµ
0,94

Chế
độ
làm
việc

Khối
lượn
g

S1

kg
102

Tỷ số
môme
n cực
đại
3,0


2. Tính toán vật liệu chọn Aptomat

Việc lựa chọn aptomat phụ thuộc vào thông số của động cơ trong đề tài đã
chọn:
: dòng điện định mức
: Dòng điện khởi động
: Điện áp định mức
: Hệ số mở máy
: Hiệu suất
- Điều kiện chọn Aptomat:

đặt vào động cơ có các thông số sau:

Ta có của Aptomat là:

nằm trong phạm vi (4~8) đối với động cơ Roto lồng sóc.
Ta chọn vì động cơ ở chế độ không tải nên:

Do đó ta chọn aptomat 3pha hang LS sản xuất

có dòng định mức .


3. Chọn công tắc tơ
a. Yêu cầu của công tắc tơ:
- Điện áp định mức là điện áp mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính của

-

-

công tắc tơ phài đóng cắt cuộn hút làm việc bình thường ở điện áp giới
hạn đến 85~105% của cuộn dây.
Dòng định mức là dòng chạy qua tiêó điểm chính của công tắc tơ trong
chế độ dài hạn,
Khả năng đóng cắt là trị số dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính.
Khi đóg hoặc khi cắt với công tắc tơ khởi động, động cơ xoay chiều 3
pha:
Tuổi thọ của công tắc tơ là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy công
tắc tơ bị hỏng không dung được nữa.
Tính ổn định riêng động: nghĩa là tiếp điểm chính của nó cho phép dòng
điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá hủy mạc, dòng
dẫn điện:
Tần số thao tác: số lần đóng ngắt công tắc tơ trong 1 giờ, tần số thao tác bị
hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang điện.
Hệ thống các tiếp điểm công tắc tơ: phải chịu được độ mài mòn về cơ
trong chế độ nặng nề và có tần số thao tác lớn.
b. Hệ thống dập hồ quang;
o Dập hồ quang thổi từ là cuộn dây đấu nối tiếp và hộp dập hồ quang
có khe hở.

o Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn, hộp hồ quang gồm
nhiều lá thép đặt song song nhau và khi hồ quang bị kéo dài vào
buồng hồ quang sẽ bị chia thành nhiều hồ quang ngắn.
c. Tính chọn Công tắc tơ:

Dựa theo tính toán cường độ dòng điện
định mức của Aptomat và dòng điện định mức ở
trên, ta chọn công tắc tơ do hang LS sản xuất, có
cường độ dòng điện thích hợp nên ta chọn loại
100Ampe.


4. Chọn Rơle thời gian

Chọn Rơle thời gian:
-

Điện áp định mức đặt lên cuộn dây là điện áp của mạch điều khiển.
Dòng điện định mức là dòng điện làm việc đi qua các tiếp điểm là dòng
của mạch điều khiển.
Vậy ta chọn Rơle thời gian Omron H3CR

Loại đa chức năng.
-

-

Ngỏ ra relay DPDT 5A-250VAC/30VDC hoặc transistor
Nguồn cấp auto volt 100~240VAC ±10% 50Hz, 48~125VDC ±5%
Nguồn cấp 12~48VAC ±10% 50Hz, 12~48VDC ±10%

Nhiều thang đo:
0.05~1.2
0.3~3
1.2~12
3~30.
Nhiều đơn vị thời gian lựa chọn: S (giây), M (phút), H (giờ), 10H
Nhiều mode hoạt động:
o A: On delay (Power ON start)
o B2: Flicker ON start (Power ON start)
o E: Interval (Power ON start)
o J: One-shot (Power ON start)
o Cấp chính xác ±0.2% FS (full scale), nhiệt độ làm việc -10~550C
Vỏ bằng ABS (Acrylonitril Butadiene Styrene), độ kín đạt IP50
Đạt các tiêu chuẩn: UL, CSA, NK, LR, EN61812-1 và dấu CE.


5. Chọn Rơle trung gian

Ta chọn Rơle trung gian MKS: Rơle công suất thông dụng
•

Rơle công suất có đèn báo chỉ thị cơ khí và nút bấm thử có thể khóa

•

Có chỉ thị báo hoạt động (cơ khí hoặc đèn LED) và các model mới có nút
thử có thể khóa.

•

Nhãn sản phẩm được dán trên các model kèm nút thử có thể khóa.
Thông số chi tiết:

o Dòng : 10A, có chỉ thị (cơ học)
o MKS2P

: 2 tiếp điểm

o MKS3P

: 3 tiếp điểm

o Nguồn

: 24VDC, 110,220VAC/DC

o Ðế cắm

: PF083A-* (MKS2), PF113A-* (MKS3)

6. Chọn Rơle nhiệt
 Yêu cầu của Rơle nhiệt:
-

Thanh kim loại của role nhiệt dẫn điện tốt, nhiệt độ phát nóng không thay
đổi khi hồi phục trở lại, thời gian hồi phục nhanh chóng.

-

Làm việc tin cậy, kết cấu gọn nhẹ, tuổi thọ cao.

 Tính chọn role nhiệt:


Việc lựa chọn role nhiệt phái đảm bảo thích hợp nếu role nhiệt có dòng
quá lớn làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ, role nhiệt có dòng điện quá
lớn làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ, còn dòng điện đi qua quá thấp thì
không tận dụng được tối đa công suất động cơ.
Trong thực tế, ta chọn dòng định mức role nhiệt bằn dòng điện định mức
của động cơ cần bảo vệ và role nhiệt tác động ở giá trị: .
là dòng điện tác động của role nhiệt.
Còn quá trình mở máy thì tùy thuộc vào dòng điện khởi động lớn do thời
gian ngắn nên role nhiệt chưa kịp tác động và khi đo coi như bị ngắn mạch thời
gian ngắn.
Ta có dòng định mức của động cơ là 18 A nên ta chọn Rơle nhiệt và tiếp
điểm của nó chịu được dòng điện 18A trở lên.
Chọn rơ le nhiệt của hãng LS có dòng định mức 6~20A.

7. Chọn dây dẫn

Ta lựa chọn dây dẫn 2 loại mềm và cứng, kích thước 1 và 1,5mm hãng
Trần Phú.
Dây sử dụng có 3 màu: đỏ, vàng, xanh
Đầu cốt bấm dây đi kèm tương
ứng.