THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC CHO HỆ THỐNG MÁY BÀO GIƯỜNG

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Ý KIẾN NHẬN XÉT
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………....

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

1


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... 2
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................. 3
1.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường.............................................................................9
1.5.1. Truyền động chính..............................................................................................................................................9
1.5.3 Đặc tính cơ...........................................................................................................................................................11

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

2


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

C

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

LỜI NÓI ĐẦU

ùng với sự phát triển của đất nước, mục tiêu mà Đảng
ta đặt ra trước thềm thế kỷ 21. Để thực hiện được mục
tiêu đó Đảng và nhà nước ta đang tiến hành sự nghiệp
“Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” trên phạm vi cả nước.
Công cuộc “Công nghiệp Hóa-Hiện đại hóa” thực chất

đó là một cuộc cách mạng khoa họa và kỹ thuật nhằm từng bước cải thiện
trang thiết bị Điện và điều kiện làm việc cho người lao động. Từng bước

thay thế lao động thủ công bằng những dây chuyền máy móc hiện đại,
nhằm mục đích cưới cùng là tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao cho
xã hội. Để nâng cao năng suất lao động yêu cầu tự động hóa các hệ thống
công nghiệp ngày càng trở nên cần thiết. Lĩnh vực tự động hóa thừa hưởng
những thành tựu của Điều khiển học, Tin học, công nghệ vật liệu mới… đã
phát triển rất nhanh trong thời gian qua tạo ra những công nghệ, dây
chuyền sản xuất tự động với năng suất cao, chất lượng tốt. Máy bào
giường là một trong những dây chuyền sản xuất như vậy, năng suất của
dây chuyền phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển.
Qua một thời gian học tập tại trường cùng với sự nỗ lực của bản thân
cùng với sự giúp đỡ của các bạn và sự chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô
em đã hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn
Đăng Khang người trực tiếp hướng dẫn đồ án của nhóm em, em cũng xin
cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện những người đã giảng dạy trên lớp và
đưa ra những chỉ bảo quý báu để giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên
kinh nghiệm thực tế, khả năng bản thân còn nhiều hạn chế, các tài liệu
tham khảo có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình
thiết kế. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý các thầy, cô giáo để đồ án của
chúng em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

3


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội
Hà Nội, ngày…tháng

2016

năm 2014

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Mạnh Cường
Đoàn Ngọc Đức
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG NGHÊ
I.

TÌM HIỂU CÔNG NGHÊ

1.1 Giới thiệu công nghệ
Máy bào giường được sử dụng rộng rãi trong các máy cơ khí, nó dùng
để gia công các chi tiết bằng kim loại lớn như : bệ máy, thân máy, máy
bào, máy tiện...
Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách
cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần
đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với
độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia
công (gia công tinh).
Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công,
dạng dao, đặc tính chuyển động ..., các máy cắt được chia thành các máy cơ
bản: tiện, phay, bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia
công răng, ren, vít ...
Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giường nên dưới đây là
những giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy:
Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có
thể từ 1,5 đến 12m. Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân

máy bào giường thành ba loại :
- Máy cỡ nhỏ :

chiều dài bàn Lb<3m , lực kéo Fk=30÷50 Kn,

- Máy cỡ trung bình :

chiều dài Lb=4÷5m , Fk=50÷70 kN,

- Máy cỡ nặng :

chiều dài Lb >5m , Fk >70k

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

4


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

1.2 Cấu tạo của máy
Các bộ phạn chủ yếu của máy gồm có :
Đế máy :
Bàn máy :
Giá chữ U :
Xà ngang :

Các bàn dao máy :
Bộ phận chuyển động:
1.3 Các truyền động của bàn
Truyền động của bàn là truyền động chính của máy, là truyền động cơ
bản của máy, đặc điểm của truyền động này là có tính chu kỳ lặp lại mỗi
chu kỳ có hai hành trình
+ Hành trình thuận : là hành trình gia công chi tiết, gồm nhiều giai
đoạn, khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra khỏi chi tiết gia
công ứng với các tốc độ khác nhau
+ Hành trình ngược : là quá trình máy chạy không tải để đưa bàn máy
khỏi chi tiết về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho một chu kì mới. Tốc độ hành
trình thuận thường nhỏ hơn tốc độ hành trình ngược để nâng cao
năng suất của máy.
Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến
qua lại. Dao cắt được kẹp chặt trên bàn dao đứng. Bàn dao đươch kẹp chặt
trên xà ngang cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di
chuyển qua lại theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm hai hành trình
thuận và ngược. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên gọi là
hành trình cắt gọt. Ở hành trình ngược bàn máy chạy về vị trí ban đầu
,không cắt gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành
trình ngược thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là
lượng ăn dao s (mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn
máy gọi là chuyển động chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

5


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của
xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải.

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường

Đồ thị tốc độ:

Phân tích:
+ Giai đoạn 1 : giả thiết bàn máy đang ở điểm khởi đầu của chu kỳ, bàn
máy tăng tốc độ đến tốc độ vào dao V1 trong khoảng thời gian t1,
+ Giai đoạn 2 : tăng tốc từ V1 đến tốc độ cắt gọt V2 trong khoảng thời gian
t2.
+ Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3.
+ Giai đoạn 4 : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

6


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

V1 đảo chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V3 trong khoảng thời

gian t4.
+ Giai đoạn 5 : giảm tốc độ ngược từ V3 về V1 trong khoảng thời gian t5.
+ Giai đoạn 6 : giảm tốc từ V1 về 0, trở lại vị trí ban đầu,kết thúc một hành
trình làm việc.
Qua việc phân chia các giai đoạn hoạt động ta có thể mô tả công nghệ
của máy bào giường như sau :
Sau khi ấn nút khởi động, máy bào giường sẽ chuyển động theo hành
trình thuận với tốc độ nhỏ V1, giai đoạn này kéo dài từ A tới B. Kết thúc
giai đoạn này cần phải tăng tốc cho bàn máy chuyển động theo hành trình
thuận với tốc độ cắt gọt V2>V1, giai đoạn này kéo dài từ B tới C. Đến C sau
khi đã cắt gọt chi tiết xong bàn máy giảm tốc từ V2 xuống V1 chuẩn bị cho
quá trình đảo chiều, giai đoạn này kéo dài từ C tới D. Trong quá trình đảo
chiều để tăng năng suất, ta điều khiển cho bàn máy chạy với tốc độ V3 >V2
>V1 . Bàn máy chuyển động ngược cho tới khi gặp A thì bắt đầu giảm tốc
từ V3 xuống V1, tiếp đó tốc độ giảm về 0 và bắt đầu một chu kì làm việc
mới. Khi có tín hiệu dừng máy, bàn máy sẽ dừng ở đầu hành trình thuận
hoặc đầu hành trình ngược.
Qua mô tả công nghệ như trên ta có thể thực hiện các yêu cầu công
nghệ như trên theo nguyên tắc hành trình. Ta đặt tại A,B,C,D, các cảm biến
vị trí (thực chất là công tắc tơ hành trình). Các tín hiệu cảm biến nhận từ
các công tắc tơ được sử dụng để điều khiển cho phù hợp với công nghệ yêu
cầu.
Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình 1. Trong thực tế còn có
nhiều dạng đơn giản hoặc phức tạp hơn. Giả thiết bàn máy đang ở đầu
hành trình thuận và được tăng tốc độ đến tốc độ V 0 =5 ÷15 m/ph ( tốc độ
vào dao) trong khoảng thời gian t1. Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong
khoảng thời gian t2 thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp
để tránh sứt dao hoặc chi tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy ổn định với tốc độ V 0
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

7


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt ). Trong
thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi
tiết. Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V 0, dao được
ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V 0. Sau đó bàn máy đảo chiều sang
hành trình ngược đến tốc độ Vng> Vth thực hiện hành trình không tải, đưa
bàn máy về vị trí ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ). Gần
hết hành trình ngược bàn máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một
chu kỳ khác. Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo
chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển
trước khi dao cắt vào chi tiết.
trong đó :
L=Lth+Lg.ht +Lh.th = Lng+Lg.ng +Lh.ng- chiều dài hành trình của bàn máy

k=

Vng
Vth

- tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược

tđc - thời gian đảo chiều của máy

Từ (1- 4) ta thấy khi đã chọn tốc độ cắt Vth thì năng suất của máy phụ
thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t đc. Khi tăng K thì năng suất của
máy tăng nhưng khi k >3 thì năng suất của máy tăng không đáng kể vì lúc
đó thời gian đảo chiều lại tăng. Nếu chiều dài bàn L>3m thì t đc ít ảnh hưởng
đến năng suất mà chủ yếu là k .Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn
Vth=(75÷120)m/ph thì tđc ảnh huởng nhiều đến năng suất. Vì vậy khi thiết
kế máy bào giường phải làm giảm thời gian quá trình quá độ.
Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối ưu của cơ
cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy khởi động với
gia tốc cao nhất.
Ta có tỷ số truyền tối ưu:

it.ư=

Mc
Mc
Jm
+ (
)2 +
M
M
Jd

Trong đó:
M : Momen của động cơ lúc khởi động,Nm
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

8

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Mc :Momen cản trên trục làm việc,Nm
Jm , Jd :Momen quán tính của máy và động cơ,kgm
Nếu coi Mc= 0 thì: itu=

Jm
Jd

Việc lựa chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng .
Thời gian quá trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy.
Mômen quán tính của máy tỷ lệ với chiều dài của máy.
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được vì
bị hạn chế bởi:
-Lực động phát sinh trong hệ thống
-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
1.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường
1.5.1. Truyền động chính
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn

Vmax Vngmax
=
nhất và thấp nhất của bàn máy. D =
Vmin
Vthmin
Trong đó :

Vngmax - tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngược
Vthmin - tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận
Chọn Vthmin = 5m/ph
Ta có:

D=

Vngmax
Vthmin

=

70
= 14 : 1
5

- Độ trơn điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa hai giá trị kề nhau của tốc độ

ϕ=

ω i +1
ωi

trong đó ω i , ω i +1 là tốc độ cấp thứ i và i+1 được xác định bằng công thức :

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

9

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

ϕ = z −1

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

ω max z −1
= D
ω min

trong đó z là số cấp tốc độ của máy đối với yêu cầu của đề thì ta có
ϕ = 1.41

- Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm
việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại .
- Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết
,không cần độ bóng, nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao
Thường chọn

δ % < 5%

δ % = 2%.

- Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia
công chi tiết, tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết
hoặc dao cắt.
- Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm
trong bộ truyền với tác động cực đại.

1.5.2. Truyền động ăn dao
Truyền động ăn dao làm vệc có tính chất chu kì, trong mỗi hành trình
kép làm việc một lần.
Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao D = ( 100 ÷ 200)/1. Lượng ăn dao cực
đại có thể đạt tới (80 ÷ 100) mm/hành trình kép.
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000
lần/giờ.
Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo hai chiều cả ở chế
độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh.
Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống cơ khí, điện
khí, thuỷ lực, khí nén...Thông thường sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ :
động cơ điện và hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh
răng.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

10


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

1.5.3 Đặc tính cơ

Hình vẽ đặc tính cơ

1.6. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết
quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả thi đáp
ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ
phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động. Do đề bài yêu cầu sử dụng động cơ KĐB nên em chỉ phân tích các đặc
tính kinh tế kỹ thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều
không đồng bộ ba pha.
1.6.1. Khảo sát các phương án truyền động
a. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ
+ Nguyên lý:

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

11


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào
2

Stato động cơ như sau:

M=

3.U f 1 .R 2 '
2


R2'
ω1  R 1 +
 + X n .m 2 .s
s 



(2-4)

Như vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với
bình phương điện áp đặt vào stato. Do đó, ta có thể điều chỉnh tốc độ đ/c
KĐB bằng cách điều chỉnh điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số. Để
thực hiện được điều này người ta dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều
(ĐAXC).

Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc
tính cơ tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều
chỉnh hẹp. Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo
bình phương điện áp. Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho
động cơ KĐB roto lồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch
roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh.
1.6.2. Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

12

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

+ Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện
lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo
cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng:
∆Ps = M c .(ω1 − ω ) = M c .ω1 .s = Pdt .s

(2-6) => s =

∆Ps
Pdt

Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và
mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ P đt cũng không đổi. Khi đó
bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta
sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây
chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt.
Trong thực tế việc thay đổi ∆Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử
dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các
hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ
truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng
công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt
trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi

đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dưới đây xin giới thiệu một sơ đồ
nguyên lý của một hệ nối cấp:

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

13


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp
một chiều qua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn
dòng cấp cho bộ nghịch lưu phụ thuộc.Nghịch lưu làm việc với góc điều
khiển từ 90o đến khoảng 140o, điều chỉnh góc điều khiển α trong khoảng
này ta sẽ điều chỉnh được sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là
điều chỉnh được tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Đặc tính cơ điều
chỉnh của hệ nối tầng van điện được dựng qua việc thay đổi góc điều khiển
α của nghịch lưu được dựng như hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện
trở stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp
(MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạch của nghịch lưu và chỉnh lưu nên
các đặc tính có độ cứng và mô men tới hạn nhỏ hơn độ cứng và mô men tới
hạn của đặc tính tự nhiên.
truyền động có mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện
trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ
trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung
điện trở roto dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

14


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều
chỉnh.

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau:

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh
xung áp một chiều:
+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
+ Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như
không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch.

Rtd = R0 .

td
t
= R0 . d = ρ .R0
t d + t ng

Tck

(2-11)

Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về
mạch xoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả
tính quy đổi được:
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

15


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

R
1
R f = .R td = ρ. 0
2
2

2016

(2-12)

Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được ρ và từ
đó thay đổi được Rf. Cho ρ=0 ÷ 1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương
ứng quét gần như mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ
có điện trở phụ Rf=R0/2.

1.6.3. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB
+ Nguyên lý điều chỉnh
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: ω1 =

2πf 1
⇒ điều đó có
p

nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc
độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được
trình bày dưới hình vẽ sau:

+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f > f đm), thì mô men tới hạn lại
giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: M th ≈

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

1
f1

2

16


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

+ Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện
động cơ tăng (do f giảm ⇒ X=2πfL cũng giảm ⇒ I tăng), gây ảnh hưởng
xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà
không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động cơ, cụ
thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.
1.6.4. Chọn phương pháp điều khiển
a. Luật giữ từ thông không đổi
Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động cơ (đồng thời cũng phải
điều chỉnh biên độ điện áp Stato đặt vào động cơ) thông qua từ thông động
cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc cũng có thể
dùng điều khiển gián tiếp thông qua các đại lượng khác như tần số f 1 , điện
áp U1, dòng điện I1 và tần số trượt f2. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp
nhờ các bộ đo lường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế
thường sử dụng các phương pháp gián tiếp.
Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phương pháp
điều khiển tần số dòng điện. Bản chất của phương pháp này là thông qua
việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trượt f 2 và dòng điện stato I1 để giữ cho
từ thông của máy điện không đổi.
Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có được quan hệ giữa dòng stato
và từ thông rôto: I s =

Ψrdm
1 + (Trδ .ω s ) 2
Lm

trong đó: Trσ = Lrσ /Rr.

Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi ( Ψ r = Ψ r
dm

= const ), thì dòng điện stato phải được điều chỉnh theo độ trượt.
+ ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo

cho dòng điện stato (I1), dòng điện roto (I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số
trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơ đều không phụ thuộc vào tần số ⇒
đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song song với nhau và không thay
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

17


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho Ψ r=Ψ r dm sẽ tận
dụng được công suất mạch từ là tối đa. Hơn nữa, khi giữ biên độ từ thông
roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông
góc với nhau trong không gian và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn
toàn tỷ lệ với biên độ dòng roto. Điều này giống như quan hệ giữa mômen
và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích thích động lập khi từ
thông kích từ là định mức.
+ Nhược điểm của phương pháp này là: Nếu giữ từ thông không đổi
mà phụ tải động cơ giảm ⇒ tăng tổn hao trong động cơ. ở vùng tần số thấp,
khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được với sụt áp trên điện
cảm tản mạch stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm.
b. Điều khiển từ thông khe hở không đổi theo luật U/f

Ở vùng tần số cao (xung quanh tần số định mức )mômen tới hạn có trị
số gần như không phụ thuộc vào tần số,nếu tỉ số R s/fs nhỏ.Khi tần số
giảm,từ thông khe hở sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dũng
điện định mức không đổi ở mọi tần số,kết quả là mômen tới hạn của động
cơ sẽ giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp.
Ở trạng thỏi hóm, động cơ làm việc như một máy phát, chiều dũng
điện stato ngược lại so với trạng thái động cơ. Do vậy,sđđ E s tăng lên, làm
cho từ thông khe hở tăng so với trạng thái động cơ. Nếu coi mạch từ không
bão hoà, mô men động cơ ở trạng thái hãm sẽ lớn, đặc biệt là ở vùng tần số
trung bình.
Từ thông chỉ được duy trỡ là hằng số khi sụt áp trênn dây quấn stato
nhỏ có thể bỏ qua. Trong thực tế, điện trở stato không thể bỏ qua nên sụt
áp trên điện trở stato ứng với dòng điện định mức sẽ không đổi khi giảm
tần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số. Do vậy, sụt áp
trên điện trở sẽ chiếm tỉ lệ lớn ở tần số nhỏ, sẽ ảnh hưởng lớn đến từ thông
khe hở, do vậy U/f được tăng lên ở vùng tần số thấp để bù lại sụt áp trên
điện trở stato.
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

18


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

19


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC
2.1. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HÊ THỐNG MÁY BÀO
GIƯỜNG
Qua phân tích trên ta thấy bộ biến đổi Tiristor - Động cơ (T - Đ) có
ưu điểm hơn cả, vì hệ thống gọn nhẹ, chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng,
độ tin cậy cao suy ra hệ thống phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào
giường. Vì vậy ta chọn bộ biến đổi Tirristor - động cơ (T-Đ) làm bộ biến đổi
cho truyền động máy bào giường.
2.1.1. Phân tích chọn sơ đồ bộ biến đổi T - Đ
Các linh kiện bán đẫn được thiết kế theo hai sơ đồ, sơ đồ hình tia và
sơ đồ hình cầu được thực hiện việc cung cấp điện cho các động cơ như hình
II -1 và hình II-2.

.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

20

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

A
B

BA

2016

T1 iT1

iA

*

iB

*

*
b ib

*

*
c i
c

ic

C

Trường ĐHCN Hà Nội

.
.
.

*
a i
a

T2

iT2

T3 iT3

Hình II-1

.
iT1

.T

.i *
B . *
i
C . *
A

iA

BA

*

B

*

c

*

Hình II-2

iT3

.

T4

iT4

iT5

..T .T
3

1

.

.

CKĐ

.

.T . .T
6

iT6

.

5

Đ
2

iT2

CKĐ

.

Hình II-3 MẠCH LỰC

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

21


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

- Sơ đổ hình tia đơn giản, số van ít hơn hai lần so với sơ đồ chỉnh lưu
hình cầu 3 pha đối xứng. Sơ đồ hình tia 3 pha có sụt áp và tổn thất công
suất chỉ trên 1 van nên ít hơn so với sơ đồ hình cầu ( sơ đồ hình cầu có sụt
áp và tổn thất công suất trên hai van) tổn thất do cùng dẫn cũng ít hơn so
với sơ đồ hình cầu.
- Sơ đồ hình cầu có điện áp ngược đặt lên nhỏ hơn 2 lần so với sơ đồ
hình tia, do đó cấp điện áp yêu caauf đối với van nhỏ hơn. Sơ đồ hình cầu
chỉ cần điện áp nguồn nhỏ hơn 2 lần so với sơ đồ hình tia, các nguồn lấy ở
đầu ra cuộn thứ cấp máy biến áp do đó thứ cấp máy biến áp có số vòng dây
ít hơn hai lần (tuy nhiên dây có tiết diện to hơn) so với máy biến áp cung
cấp điện cho sơ đồ hình tia.
- Sơ đồ hình cầu cho dạng điện áp và dòng chỉnh lưu tốt hơn với độ
nhấp nháy ít hơn, cuộn kháng lọc ở sơ đồ hình tia phải có yêu cầu phần này
lớn hơn. Từ những ưu nhược điểm trên ta thấy sơ đồ hình cầu 3 pha đối
xứng có ưu điểm hơn so với sơ đồ hình tia 3 pha. Tuy sơ đồ hình cầu số van
Tiristor nhiều hơn song tiristor ở sơ đồ hình cầu chọn ở cấp điện áp bằng
một nửa cấp điện áp của tiristor ở sơ đồ hình tia. Đặc biệt diện áp ra của sơ
đồ hình cầu tốt hơn hẳn điện áp ra của sơ đồ hình tia.
* Vì vậy trong bản thuyết minh này em chọn sơ đồ bộ biến đổi hình

cầu 3 pha đối xứng cho truyền động máy bào giường.
- Việc điều khiển các bộ biến đổi hình tia hoặc hình cầu để phù hợp
với yêu cầu công nghệ là nhất quan trọng. Hiện nay người ta thường sử
dụng 2 phương pháp điều khiển là điều khiển chung( hay điều khiển phụ
thuộc) và điều khiển riêng( hay còn gọi điều khiển độc lập).
a. Phương pháp điều khiển chung:
Là cả hai bộ biến đổi đều có xung mở, một bộ làm việc ở trạng thái
trao đổi năng lượng còn một bộ làm việc ở trạng thái trờ phương pháp này
có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ đông và chế độ tính rất tốt, nhưng
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

22


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng nên tiêu tán năng lượng vô ích, và luôn
tồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng
với sơ đồ hình cầu 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng
san bằng.
b. Phương pháp điều khiển riêng:
Xung điều khiển đưa vào van một cách riêng rẽ để loại trừ tổ van nào
thì ta ngừng cung cấp xung cho tổ van ấy, nghĩa là bộ biến đổi này làm việc
thì bộ biến đổi kia không làm việc (hay nghỉ). Do vậy dùng phương pháp
này không xuất hiên dòng cân bằng song đi theo nó là một mạch logic. Tuy
nhiên đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển

chung và để đảm bảo đảo chiều an toàn thì cần phải có 1 khoảng thời gian
trễ để dòng qua tổ van đang làm việc giảm về = 0 thì nó mớ cho tổ van thứ
hai mở.
Với ưu điểm làm việc an toàn, không có dòng cân bằng giữa các bộ
biến đổi, tuy cần phải có một khoảng thời gian trễ ( khoảng thời gian này
đảm bảo bởi các xung có độ rộng không đổi ). Vậy ta chọn phương pháp
điều khiển riêng (hay còn gọi điều khiển độc lập) để điều khiển truyền động
điện cho máy bào giường.
2.1.2 Chọn thiết bị phụ cho bộ biến đổi
- Máy biến áp động lực: Dùng để cung cấp điện áp phù hợp với bộ biến đổi.
- Cuộn kháng san bằng: Dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao của điện
áp ra bộ biến đổi.
- Mạch R-C: Dùng để bảo vệ qua áp cho các van tiristor trong quá trình
chuyển mạch.
- Áptômát AB: Dùng để đóng, cắt điện và bỏ vệ sự cố cho máy biến áp.
- Công tắc tơ: Dùng để đóng ngắt cho bộ biến đổi. Từ các thiết kế ở trên ta
được sơ đồ mạch động lực như hình II-3.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

23


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực được biểu diến như hình II-3 mạch
động lực sử dụng các thiết bị có chức năng và nhiệm vụ như sau.
- Đ: là Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Nhiệm vụ biến điện năng thành
cơ năng truyền động cho phụ tải yêu cầu.
- CKĐ: Là cuộn dây kích từ của động cơ Đ, có chức năng cung cấp từ thông
kích từ cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập Đ.
T1T÷ T6T: Là các tiristor chức năng biến đổi nguồn điện xoay chièu thành
nguồn một chiều (có thể thay đổi được chỉ số) để cung cấp cho động cơ Đ,
phục vụ cho động cơ quay thuận.
T1N ÷ T6N: Là các tiristor phục vụ cho động cơ Đ quay theo chiều ngược.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

24


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

∼380.v

BA

AB

K

K

K

ia
ib
ic

TI

PT1T

PT2T

PT3T

T1T

T4T

T3T

T6T

T5T

T2T

C1

R1

C4

R4

C3

R3

C6

R6

C5

R5

C2

R2

T4N

T1N

T6N

T3N

T2N

T5N
H
RH
KH

Đ
CKĐ
FT

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

25