Thiết kế hệ thống truyền động chính của máy bào giường

đề tài:
Thiết kế hệ thống truyền động chính của máy bào giờng có các số liệu ban
đầu nh sau:
- Tốc độ hành trình thuận ( tốc độ cắt ):
vthuận= 35 m/phút
- Tốc độ hành trình ngợc
vnghịch=70 m/phút
- Khối lợng bàn máy và chi tiết gia công :
mb = 1000 kg.
mct = 1000 kg.
- Bán kính qui đổi lực cắt : = 0,024.
- Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,81.
- Chiều dài hành trình bàn : Lb=3 m
- Lực cắt Fz= 30kN .
- hệ số ma sát = 0.081

1


Lêi nãi ®Çu

3

2


Chơng I:Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động
I.Giới thiệu về công nghệ
II.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
Chơng II:Phân tích lựa chọn phơng án truyền động.
I. Khảo sát các phơng án truyền động

1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ
2. Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto
4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
II. So sánh giữa các phơng án khả thi
1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động,
khả năng đảo chiều
3. Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành
III. Chọn sơ đồ biến tần
Chơng III : Tính chọn thiết bị mạch lực
I. Tính chọn động cơ truyền động
1. Phụ tải truyền động chính.
2. Tính chọn động cơ.
3 Kiểm nghiệm lại động cơ
II.Tính chọn bộ nghịch lu
1.Chọn Thyristor và diode
2.Chọn tụ chuyển mạch
3.Chọn cuộn kháng san bằng
III.Tính chọn bộ chỉnh lu
Chơng IV: Tổng hợp hệ điều khiển
I. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
II. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ
III.Tính các tham số cần dùng trong quá trình tổng hợp
IV.Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh.
1.Tổng hợp mạch vòng dòng điện
2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ
Chơng V:Thiết kế mạch điều khiển
I. nguyên lý điều khiển

II. Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lu.
III. Thiết kế mạch điều khiển nghịch lu.
IV.Mạch biến đổi U/f
V. Các mạch bảo vệ
1. Mạch hạn chế dòng
2. Mạch hạn chế gia tốc và giảm tốc

5
5
8
10
10
10
11
13
15
16
17
17
17
17
18
20
20
20
21
21
26
26
27

27
28
29
31
32
33
34
34
35
36
36
37
39
44
44
44
45

3


Lời nói đầu.
Máy cắt gọt kim loại đặc trng cho các ngành cơ khí chế tạo máy, gia công kim
loại...có một vai trò rất to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ
khí hoá có liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hoá. Dới tác động của
khoa học kỹ thuật hiện đại đối với các loại máy móc nói chung, đối với máy cắt gọt
kim loại nói riêng ngày càng đợc cho phép đơn giản về kết cấu cơ khí của máy sản
xuất và giảm nhẹ cờng độ lao động. Máy cắt gọt kim loại đợc dùng để gia công các
chi tiết kim loại bằng cách hớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công các 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 thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt
gia công (gia công tinh). Có thể phân loại máy cắt kim lọai nh sau:
-Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công dạng
dao, đặc tính chuyển động v.v..., các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản: tiện,
phay, bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng, ren, vít v.v...
-Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng
chuyên dùng đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đợc các phơng
pháp gia công khác nhau nh tiện, khoan, gia công răng..., để gia công các chi tiết
khác nhau về hình dáng, kích thớc. Các máy chuyên dùng là các máy dùng để gia
công các chi tiết có cùng hình dáng nhng có kích thớc khác nhau. Máy đặc biệt là
các máy chỉ dùng để thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng kích thớc.
-Theo kích thớc và trọng lợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt
kim loại thành các máy bình thờng ( trọng lợng chi tiết 100 ữ10.103 kg), các máy
cỡ lớn ( trọng lợng chi tiết 10.103 ữ 30.103 kg), các máy cỡ nặng (trọng lợng chi tiết
30.103 ữ 100.103 kg) và các máy rất nặng (trọng lợng chi tiết lớn hơn 100.103 kg).
-Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thờng, cao và rất cao.
Việc tăng năng suất máy và giảm giá thành thiết bị của máy là hai yêu cầu
chủ yếu đối với hệ thống chuyền động điện và tự động hoá nhng chúng luôn mâu
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu
hạn chế số lợng thiết bị chung trên máy và số thiết bị cao cấp. Vậy việc lựa chọn
một hệ thống truyền động điện và tự động hoá cho thích hợp là một bài toán khó.

4


Nội dung của đồ án chia làm 5 chơng, cụ thể nh sau:
Chơng I: đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động. Nội dung cơ bản
của chơng này đề cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động bàn
máy bào giờng và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ tải. Tất cả những thiết kế sau này
đểu bám sát những đặc điểm này.

Chơng II: Phân tích lựa chọn phơng án truyền động. Nội dung của chơng
này trình bày các phơng án truyền động ,đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng
có so sánh giữa các phơng án khả thi đề chọn ra phơng án phù hợp nhất. Tất cả đều
có sự phân tích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất.
Chơng III: Tính chọn thiết bị mạch lực. Nội dung cơ bản của chơng này sẽ
trình bày cách chọn công suất động cơ truyền động,van bán dẫn ,tụ ...
Chơng IV: Tổng hợp hệ thống. Nội dung của chơng này sẽ đi tổng hợp cấu
trúc cũng nh các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn.
Chơng V: Thiết kế mạch điều khiển. Nêu lên nguyên lý điều chỉnh và thiết kế
sơ bộ các mạch điều khiển các bộ biến đổi.

Sinh viên thực hiện

5


Chơng I
Đặc điểm công nghệ và yêu cầu
truyền động.
I.Giới thiệu về công nghệ :
Máy cắt kim loại đợc 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 thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh).
Tuỳ thuộc vào quá trình công nghệ đặc trng bởi phơng pháp gia công ,dạng
dao ,đặc tính chuyển động ...,các máy cắt đợc chia thành các máy cơ bản :tiện
,phay ,bào ,khoan doa, mài và các nhóm máy khác nh gia công răng ,ren ,vít ...
Do yêu cầu của đề bài là thiết kế cho máy bào giờng nên dới đây là những
giới thiệu sơ qua về đặc điểm công nghệ của máy:
Máy bào giờng 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 giờng thành ba loại :
-Máy cỡ nhỏ :chiều dài bàn Lb<3m,lực kéo Fk=30ữ50 kN
-Máy cỡ trung bình : Lb=4ữ5m , Fk=50ữ70 kN
-Máy cỡ nặng : Lb >5m ,Fk >70kN
Chi tiết gia công đợc kẹp chặt trên bàn máy chuyển động tịnh tiến qua lại
.Dao cắt đợc kẹp chặt trên bàn dao đứng .Bàn dao đơc 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 ngợc .ở hành trình
thuận ,thực hiện gia công chi tiết ,nên gọi là hành trình cắt gọt .ở hành trình ngợc
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 ngợc thì bàn dao lại chuyển theo chiều ngang một
khoảng gọi là lợng 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
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 .

6


Hình 1. Đồ thị tốc độ của bàn máy
Đồ thị tốc độ của bàn máy đợc 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 đợc tăng tốc độ đến tốc độ V0 =5 ữ15 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 V0 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 gảim tốc độ đến
V0 ,dao đợc ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V0.Sau đó bàn máy đảo chiều sang
hành trình ngợc đến tốc độ Vng> Vth thực hiện hành trình không tải ,đa bàn máy về

vị trí ban đầu (khi đó dao đã đợc đa ra khỏi chi tiết ).Gần hết hành trình ngợc bàn
máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một chu kỳ khác.Bàn dao đợc di chuyển
bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngợc sang hành trình thuận và
kết thúc di chuyển trớc khi dao cắt vào chi tiết .
Tốc độ hành trình thuận Vth đợc xác định tơng ứng bởi chế độ cắt ,thờng
V2=5ữ(75ữ120) m/ph,tốc độ gia công lớn nhất có thể đạt (75ữ120)m/ph.Để tăng
năng suất của máy tốc độ hành trình ngợc thờng đợc chọn lớn hơn tốc độ hành
trình thuận Vng=k.Vth (thờng k=2ữ3).
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời
gian
1
1
n=
=
(1-1)
Tck t th + t ng
trong đó :
Tck thời gian của một chu kỳ làm việc của bàn máy ,[s]
tth thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận [s]
tng - thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngợc [s]
Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng và giảm tốc độ là không đổi thì :
L g .th + Lh.th
L
t th = th +
(1-2)
Vth
Vth / 2

t ng =

Lng

+

Lg .ng + Lh.ng

(1-3)
Vng
Vng / 2
trong đó : Lth,Lng chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định
Vth ,Vng ở hành trình thuận và ngợc.
Lg.th ,Lt.th chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc )và quá
trình giảm tốc (hãm ) ở hành trình thuận
Lg.ng ,Lt.ng chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc )và quá
trình giảm tốc (hãm ) ở hành trình ngợc
Vth,Vng tốc độ hành trình thuận ,ngợc của bàn máy
Thay các tth (1-2) và tng(1-2) vào (1-1) ta nhận đợc :
7


n=

1
1
=
L / Vth + L / Vng + t dc (k + 1).L
+ t dc
Vng

(1-4)

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 ngợc

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 tđc .Khi tăng K thì năng suất của máy tăng nhng
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 tđc ít ảnh hởng đến năng suất mà chủ yếu là
k .Khi Lb bé nhất là khi tốc độ thuận lớn Vth=(75ữ120)m/ph thì tđc ảnh huởng nhiều
đến năng suất.Vì vậy khi thiết kế máy bào giờng phải làm giảm thời gian quá trình
quá độ .
Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ số truyền tối u 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 u:
it.=

Mc
Mc
Jm
+ (
)2 +
M
M

Jd

Trong đó:
M : Momen của động cơ lúc khởi động,[Nm]
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 u ở máy bào giờng 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 đợc 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.
II.Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
1.Truyền động chính.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và
thấp nhất của bàn máy.
D=

Vmax Vngmax
=
Vmin
Vthmin

8


Trong đó :
Vngmax tốc độ lớn nhất của bàn máy trong hành trình ngợc
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
=

i +1
i

trong đó i , i +1 là tốc độ cấp thứ i và i+1
đợc xác định bằng công thức :
= z 1

max z 1
= D
min

trong đó z là số cấp tốc độ của máy
đối với yêu cầu của đề thì ta có = 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 giờng chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết ,không cần
độ bóng ,nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao % < 5% Thờng chọn
%=2%.
-Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần đợc ổn định trong trờng 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.
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 lợng ăn dao D = ( 100 ữ 200)/1.Lợng ăn dao cực đại có
thể đạt tới (80 ữ 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 thờng sử dụng rộng rãi hệ thống điện cơ : động cơ điện và
hệ thống truyền động trục vít - ecu hoặc bánh răng - thanh răng.

9

3.dÆc tÝnh c¬ :

M,P

w

10


Chơng II
Phân tích lựa chọn phơng án truyền động.
Chọn phơng 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 phơng án khả thi đáp ứng đợc cả yêu
cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra. Lựa chọn phơng án truyền
động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền động là một chiều hay xoay
chiều, phơng 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 phơng pháp điều chỉnh động cơ
xoay chiều không đồng bộ ba pha.
I. Khảo sát các phơng án truyền động
1. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ
a. Nguyên lý:
Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào Stato
động cơ nh sau:
2

M=

3.U f 1 .R 2 '

2


R2'
1 R 1 +
+ X n .m 2 .s
s



(2-4)

Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng
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 đợc điều này ngời ta
dùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều (ĐAXC).

11


Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trợt 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 phơng điện áp. Vì lý
do này mà phơng pháp này ít đợc dùng cho động cơ KĐB roto lồng sóc mà thờng
kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơ KĐB roto dây quấn nhằm
mở rộng dải điều chỉnh.
b. Đánh giá về phạm vi ứng dụng:
+ Vì việc giảm điện áp đặt vào stato động cơ, trong khi giữ f=const không làm
thay đổi tốc độ không tải lý tởng, nên khi tăng điện trở phụ ở roto, tốc độ động cơ
giảm, độ trợt tới hạn tăng lên kéo theo tăng tổn hao công suất trợt của động cơ:

Ps = M c ( 1 ) = Pdt .s
(2-5)
+ Cùng với lý do trên, do phạm vi điều chỉnh phụ thuộc vào giá trị điện trở phụ
đa vào mạch roto nên yêu cầu đối với hệ cần phạm vi điều chỉnh rộng sẽ mâu thuẫn
với việc giảm tổn thất điều chỉnh đối với tất cả các hệ truyền động. Tốc độ động cơ
càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trờng hợp điều chỉnh sâu tốc độ, thì tổn hao
công suất trợt càng lớn.
Do có nhiều hạn chế nh trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiển
tốc độ động cơ chỉ đợc ứng dụng hạn hẹp. Hiện nay, nó thờng ứng dụng làm bộ
khởi động mềm (softstart) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấp dùng
rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lới tiêu thụ chung.
Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đờng đặc tính khởi động êm, tránh việc
gây sụt áp lới, làm ảnh hởng đến các tải khác khi các động cơ công suất lớn khởi
động. Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệ truyền động với các
phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (nh quạt gió, bơm ly tâm).
Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi
(Mc=const) thì tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phơng án
truyền động dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động bàn
máy bào giờng là không có ý nghĩa; điều đó có nghĩa là phơng án dùng điều chỉnh
điện áp bị loại bỏ trong đồ án này.
2. Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ
mạch roto, đợc gọi là công suất trợt, tỷ lệ với độ trợt s. Theo cách tính tổn thất khi
điều chỉnh thì công suất này bằng:
Ps = M c .( 1 ) = M c . 1 .s = Pdt .s

=> s =

(2-6)

Ps
Pdt

Nh vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đa và mạch stato là
không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta
thay đổi đợc tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi đợc độ trợt s; tức
12


là ta điều chỉnh đợc tốc độ động cơ. Đây chính là tinh thần của việc điều chỉnh
công suất trợt.
Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trở
phụ đa 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, nhng với hệ truyền động công suất lớn thì
các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng công suất trợt ngời ta dùng các sơ đồ
nối tầng nhằm đa công suất trợt trở lại lới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay
trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấp đồng bộ. Dới đây xin giới
thiệu một sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:

Trong sơ đồ này thì sức điện động roto đợc chỉnh lu thành điện áp một chiều qua
bộ chỉnh lu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộ nghịch lu
phụ thuộc.Nghịch lu làm việc với góc điều khiển từ 90 o đến khoảng 140o , điều
chỉnh góc điều khiển trong khoảng này ta sẽ điều chỉnh đợc sức điện động chỉnh
lu trong mạch roto; tức là điều chỉnh đợc tốc độ không tải lý tởng của động cơ. Đặc
tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng van điện đợc dựng qua việc thay đổi góc điều
khiển của nghịch lu đợc dựng nh hình vẽ; trong đó do ảnh hởng của điện trở
stato, điện trở mạch một chiều và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng nh
sụt áp do chuyển mạch của nghịch lu và chỉnh lu 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.

b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
+ Nh đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệ
truyền động với công suất lớn (thờng cỡ trên 400kW), vì khi đó công suất trợt đa về
mới là đáng kể và việc đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí.
+ Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên;
việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lợng công suất đa về có thể đạt đợc
những chỉ tiêu điều chỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô13


men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ
thấp.
+ Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi
động động cơ, thờng dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến
vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt. Vì
vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần
khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều.
Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động bàn máy bào
giờng nêu ở chơng đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chơng ba ta loại
bỏ việc sử dụng phơng án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ
bản sau:
+ Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay
+ Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu t cả hệ nối tầng
là không hiệu quả về mặt kinh tế.
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto
a/ Nguyên lý điều chỉnh:
Trớc hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng đợc với động
cơ roto dây quấn chứ không sử dụng đợc cho động cơ roto lồng sóc.
Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng
đặc tính cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phơng
pháp này là điều chỉnh công suất trợt; công suất trợt ở đây đợc lấy bớt ra và đợc

biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở.
+ Vì độ trợt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên:
s 0th
R2
R
=
= 2
sth
R2 + R f
Rrd

(2-7)

Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trợt từ s = 0 ữ sth,
là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết:
s 0 s 0 th R 2
R
=
=
s = s 0 . rd
s
s th R rd
R2

(2-8)

Trong đó: s0 _ là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R 2 (tức điện trở tự nhiên ở
mạch roto); còn s _ là độ trợt khi điện trở roto là Rrd=R2+Rf.
Theo biểu thức mô-men thì:
2

M =

3U 1 f .

.[( R1 +

R2 '
s

R2 '
2
) + X n.m ]
s

2

=

3I 2 .Rrd
1 .s 0

(2-9)

Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I 2 không đổi thì mo-men
không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phơng pháp điều chỉnh
tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có
mô-men tải không đổi (x=0). Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở
14

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 đợc 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 nh sau:
~
Rtd

t



M

H 2.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều
chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto.

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh 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 đợc đa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi nh không đổi và
ta có một giá trị điện trở tơng đơng Rtd trong mạch.
Rtd = R0 .

td
t
= R0 . d = .R0
t d + t ng

Tck

(2-11)

Điện trở tơng đơng Rtd trong mạch một chiều đợc tính quy đổi về mạch xoay
chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi đợc:
R
1
R f = .R td = . 0
2
2

(2-12)

15


Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi đợc và từ đó thay đổi đợc Rf. Cho =0 ữ 1, ta dựng đợc họ các đặc tính cơ tơng ứng quét gần nh mặt phẳng
giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ Rf=R0/2.
b/ Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
Có thể nói việc sử dụng phơng pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền
động, về mặt lý thuyết, là một phơng pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành;
mạch điều chỉnh cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và
dòng điện).
+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men
không đổi nh bàn máy bào giờng. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có
mô-men khởi động lớn bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở vào mạch roto
trong giai đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta
tăng điện trở R0 kết hợp với việc dùng một tụ bổ trợ cho việc mở rộng phạm vi điều
chỉnh. Mặt khác, việc điều chỉnh đợc tiến hành ở mạch roto nên không gây ảnh hởng đến công suất động cơ tiêu thụ đa vào stato; tức là không gây ảnh hởng đến lới

điện và tải khác khi động cơ khởi động nh ở phơng pháp điều chỉnh điện áp stato.
+ Tuy vậy, nh đã đề cập ở trên, thực chất của phơng pháp cũng dựa vào việc điều
chỉnh công suất trợt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránh khỏi. So với
phơng pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu t hơn, nhng lại có tổn
thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nó chỉ sử dụng cho các động
cơ có công suất nhỏ và trung bình (dới 100kW).
Phân tích u và nhợc điểm của phơng án dùng điều chỉnh xung điện trở roto cho
hệ truyền động bàn máy bào giờng ta thấy rằng đây là một phơng án khả thi, ta sẽ
xem xét khả năng sử dụng khi so sánh với phơng pháp biến tần sẽ đợc trình bày dới
đây.
4. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB.
a/ Nguyên lý điều chỉnh:
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: 1 =

2f1
điều đó có nghĩa là thay
p

đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trờng quay và do đó dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi.
Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số đợc trình bày dới hình vẽ sau:
+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f>fđm), thì mô-men tới hạn lại giảm (với
điện áp giữ không đổi), cụ thể là:
M th



1
f1

2

fđm

+ Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ
nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng
(do f giảm X=2fL cũng giảm I
tăng), gây ảnh hởng 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

M

H 2.3: Đặc tính cơ của động cơ
KĐB khi điều chỉnh tần số.

16


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.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng
+ Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm
bảo đợc luật điều chỉnh điện áp - tần số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ mong muốn
khi giảm tần số. Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với
việc điều chỉnh điện áp stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động.
+ Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý t ởng và
tốc độ trợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trợt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với
tỷ lệ tơng ứng nên phơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất.
+ Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra
quy luật điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ;

nói chung giá thành các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang
bị cho các phơng pháp điều chỉnh khác.
Từ những phân tích đánh giá trên ta thấy rằng việc chọn phơng án truyền động
dùng phơng pháp điều chỉnh tần số là hoàn toàn có cơ sở vì tính kinh tế khi vận
hành cũng nh đáp ứng đợc yêu cầu truyền động máy bào giờng.
II. So sánh giữa các phơng án khả thi:
ở phần trên ta đã đi khảo sát những nét đặc thù của mỗi phơng pháp truyền động
cho hệ xoay chiều ba pha và đã đi đến kết luận là chỉ có hai phơng án là phù hợp
với yêu cầu truyền động chính máy bào giờng. Đó là:
- Phơng án truyền động bằng phơng pháp xung điện trở roto dùng động cơ roto
dây quấn.
- Phơng án truyền động bằng phơng pháp biến tần sử dụng động cơ roto lồng
sóc.
Để chọn ra một phơng án thích hợp về tính kinh tế và kỹ thuật cũng nh chi phí
vận hành dới đây ta sẽ đi so sánh từng mặt của mỗi phơng án.
1. Về tính đơn giản trong điều chỉnh
Về mặt này rõ ràng phơng pháp xung điện trở roto chiếm u thế hơn. Nh nguyên
lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để đóng cắt
mạch điện trở roto là có thể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ. Với phơng pháp điều
chỉnh tần số ta còn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo một quy luật nhất định;
điều này làm phức tạp lên rất nhiều so với phơng pháp xung điện trở.
2. Về hiệu suất điều chỉnh, dải điều chỉnh và khả năng khởi động, khả năng
đảo chiều
Nh đã biết phơng pháp điều chỉnh điện trở roto thực chất là phơng pháp điều
chỉnh công suất trợt, nhng ở đây công suất mạch roto không đợc đa tái sinh về
nguồn hoặc sử dụng hữu ích mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy ph ơng pháp này thực tế cho hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh
D =1 ữ 10; đặc biệt hiệu suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với vùng điều chỉnh. Còn
17

phơng pháp điều chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất là hằng nên
tổn thất điều chỉnh nói chung là thấp nhất trong các phơng pháp áp dụng cho hệ
truyền động xoay chiều.
Cả hai phơng pháp đều cho phép có đợc momen khởi động lớn, đều có khả năng
khởi động với momen bằng momen tới hạn làm việc nhịp nhàng ở hai góc phần t (I
& IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhng với phơng pháp dùng
biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc điều chỉnh xung mở
các van bán dẫn trong bộ biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
3. Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động
Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phơng
án truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với
giá đầu t cho bộ điều chỉnh xung; nhng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto
lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động
cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi trờng làm việc nặng nề
của động cơ truyền động bàn máy bào giờng thì việc xem xét khả năng sử dụng
động cơ roto lồng sóc là hợp lý.
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành
Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn
nên thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền
động. Điều đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động máy bào giờng là điều
hiển nhiên.
Xét về mặt lý thuyết thì phơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị
hơn trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhng thực tế các van sử dụng phải
làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên
luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn
tin cậy kém.
Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động
cơ roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết
bị công suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành
của các bộ biến tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho

hiệu suất điều chỉnh cao vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp.
Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay có
thể quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử
dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
III. Chọn sơ đồ biến tần:
Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều có yêu cầu cao về dải điều
chỉnh và tính chất động học chỉ có thể thực hiện đợc với bộ biến tần. Các hệ này sử
dụng động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, vững chắc rẻ có thể làm việc trong
mọi môi trờng. Nhựơc điểm cơ bàn của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức
tạp.

18


Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật - kinh tế mà ta có thể xác định đợc cấu trúc cơ bản
của hệ biến tần - động cơ , theo đó có thể chia ra thành các loại bộ biến đổi sau:
+ Biến tần trực tiếp: Là loại biến tần có tần số đầu ra luôn nhỏ hơn tần số lới f1;
fs=(0 ữ 0,5)f1. Đặc điểm của loại biến tần này là có số lợng các van bán dẫn lớn,
nên mặc dù có u điểm là biến đổi trực tiếp nguồn có tần số này sang nguồn có tần
số khác với hiệu suất cao, nhng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế thờng dùng
cho truyền động có công suất lớn.
+ Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp
cho BBĐ là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Các bộ nghịch lu điện áp a dùng
tranzito thay vì tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển
khoá van mà không cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào. Hiện nay với phơng pháp PWM (biến điệu độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lu điện áp,
cho phép các dạng sóng gần sin hơn và vì vậy nâng cao đợc chất lợng điều chỉnh.
Những đặc điểm đó đa đến khả năng ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền
động yêu cầu cao về độ chính xác điều chỉnh, chiếm u thế trong truyền động công
suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt động chính xác và đồng bộ.
+ Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong TH này, nguồn cung cấp là nguồn

dòng - tức là dòng một chiều vào bộ nghịch lu không phụ thuộc vào tổng trở tải.
Điều này dẫn đến dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữ
nhật nếu bỏ qua giai đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sin nhng mang các
đỉnh nhọn ở thời điểm chuyển mạch. Khác với bộ nghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch
lu dòng liên lạc điện áp một chiều phải qua cuộn dây. Cuộn dây liên lạc một chiều
ngăn các biến thiên đột ngột của dòng điện nên truyền động này rất thích hợp đối
với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột của mô-men trên trục động cơ. Hơn
nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu cực động cơ không gây h hỏng
nghịch lu vì dòng điện luôn có xu hớng giữ không đổi. Một điểm quan trọng là ở
biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ chỉ với mạch lực đơn
giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng đợc công suất đơn vị động cơ nên thích hợp
cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn.
Từ những đặc điểm đặc trng của mỗi loại biến tần, tới yêu cầu truyền động chính
máy bào giờng ta chọn bộ biến đổi là bộ biến tần nguồn dòng, vì những lý do sau:
- Biến tần nguồn dòng thích ứng tốt với truyền động có mômen biến thiên đột
ngột nh trờng hợp bàn máy bào giờng lúc khởi động và thờng xuyên làm việc ngắn
hạn.
- So với biến tần nguồn áp, ở biến tần nguồn dòng dùng các tiristor thông thờng
với các chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện.
- Ngắn mạch tức thời đầu ra không gây ảnh hởng gì nhờ cuộn dây liên lạc ngăn
cản tất cả các đột biến dòng điện, không có hiện tợng truyền trực tiếp dao động của
lới điện vào động cơ.
- Có khả năng tái sinh năng lợng tơng đối dễ
19


Nhợc điểm của biến tần nguồn dòng là dạng sóng dòng bậc thang gây khó khăn
khi làm việc ở tốc độ rất thấp ; cụ thể là gây ra mômen đập mạch. Các tụ điện và
cuộn dây có kích thớc lớn và việc điều chỉnh tốc độ khó khăn hơn vì nguồn dòng
dễ gây quá áp, bão hoà mạch từ. Tuy nhiên những hạn chế này không ảnh hởng

nhiều đến truyền động bàn máy bào giờng vốn yêu cầu không cao về điều chỉnh tốc
độ.
IV.chọn phơng pháp điều khiển :
1.1. Luật giữ từ thông không đổi:
Thực tế phơng 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 lợng khác nh tần số f1 , điện áp U1, dòng điện I1 và tần số trợt
f2. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo lờng gắn vào stato động cơ có
nhiều nhợc điểm nên thực tế thờng sử dụng các phơng pháp gián tiếp.
Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phơng pháp điều khiển
tần số dòng điện. Bản chất của phơng pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan
hệ giữa tần số trợt f2 và dòng điện stato I1 để giữ cho từ thông của máy điện không
đổi.
Từ kết quả thu đợc từ lý thuyết ta có đợc quan hệ giữa dòng stato và từ thông
rôto:
Is =

rdm
1 + (Tr .s ) 2
Lm

trong đó: Tr=Lr/Rr.

Biểu thức trên có nghĩa là nếu muốn giữ từ thông không đổi r=r dm =const, thì
dòng điện stato phải đợc điều chỉnh theo độ trợt.
u điểm của phơng 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 trợt 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 đổi hình

dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho r=r dm sẽ tận dụng đợc
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 nh 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.
Nhợc điểm của phơng 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 đợc với sụt áp trên điện cảm tản mạch
stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm.
1.2: iu khin t thụng khe h khụng i theo lut U/f:
20


vựng tn s cao (xung quanh tn s nh mc )mụmen ti hn cú tr s gn
nh khụng ph thuc vo tn s,nu t s Rs/fs nh.Khi tn s gim,t thụng khe
h s gim do st ỏp trờn in tr stato ng vi dũng in nh mc khụng i
mi tn s,kt qu l mụmen ti hn ca ng c s gim, c bit s gim
nhanh vựng tn s thp.
trng thỏi hóm, ng c lm vic nh mt mỏy phỏt,chiu dũng in stato
ngc li so vi trng thỏi ng c.Do vy,s E s tng lờn,lm cho t thụng khe
h tng so vi trng thỏi ng c.Nu coi mch t khụng bóo ho,mụmen ng
c trng thỏi hóm s ln, c bit l vựng tn s trung bỡnh.
T thụng ch c duy trỡ l hng s khi st ỏp trờn dõy qun stato nh cú th
b qua.Trong thc t, in tr stato khụng th b qua nờn st ỏp trờn in tr
stato ng vi dũng in nh mc s khụng i khi gim tn s,trong khi st ỏp
trờn in khỏng gim theo tn s.Do vy,st ỏp trờn in tr s chim t l ln
tn s nh,s nh hng ln n t thụng khe h,do vy U/f c tng lờn
vựng tn s thp bự li st ỏp trờn in tr stato.

1.3: iu chnh t thụng khe h khụng i bng cỏch iu chnh dũng iờntn s trt.
Mụmen ng c c to ra bi t thụng khe h v dũng in stato nờn iu
khin trc tip dũng in stato s nhn c c tớnh ng hc cao hn phng
phỏp iu khin in ỏp stato.Mt khỏc,vi b bin tn ngun dũng cú iu
khin,d dng hn ch c dũng in v thc hin bo v ngn mch,do vy
s thit k c mch nghch lu cú kinh t cao.
T thụng khe h t l vi dũng in t hoỏ khi mch t khụng bóo ho.Do vy,
t thụng khe h khụng i thỡ dũng t hoỏ phi gi khụng i.Khi t thụng
khụng i thỡ dũng in stato l hm ca tc roto v khụng ph thuc vo
tn s stato.
Tóm lại ta chọn phơng pháp điều khiển tần số thông qua từ thông động cơ và từ
thông động cơ đợc giữ không đổi thông qua quan hệ I 1(f2) .biến tần đợc sử dụng
là biến tần nguồn dòng .

21


Chơng III
Tính chọn thiết bị mạch lực.
Sơ đồ mạch lực:
L

T4

T6

T2

Id

T1

T3

C2T5

D3

C3

A
C1

B
D1

C

D5

Ud
T1

T3

T5

Is

D4

D6

C5

D2

C4
T4

T6

C6 T2

I. Tính chọn động cơ truyền động.
1.1. Phụ tải truyền động chính.
Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành lực
cắt và lực ma sát:
F K = F Z + F ms
F Z : lực cắt ,[N]
F ms : lực ma sát, [N]
a. Chế độ làm việc hành trình thuận .
F ms = à [ Fy + g.( mb + mct ) ]
à : hệ số ma sát gờ trợt . Theo đề bài à =0,081
Fy = 0,4 Fz thành phần thẳng đứng của lực cắt ,N
mb : khối lợngbàn
mct : khối lợng chi tiết

Ta có:
F ms =0,081[0,4.30.103+9,8.(1000+1000)] = 2559,6 N

Do đó: FKth=Fz+Fms = 30000 + 2559,6 = 32,56 kN
b. Chế độ không tải.
Khi làm việc không tải, F y =F z = 0
Do đó FKng=Fms= 0,081.9,8.( 10 00 + 1000 ) = 1587,6 N
22


1.2. Tính chọn động cơ.
Đặc điểm của truyền động máy bào giờng là đảo chiều với tần số lớn .mômen
khởi động ,hãm lớn ,quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc
.Do đó khi chọn công suất động cơ truyền động chính máy bào giờng cần xét cả
phụ tải tĩnh lẫn phụ tải động .
Công suất đầu trục động cơ khi cắt:(công suất động cơ trong hành trình thuận)
Pth =

Fth .Vth
32560.35
=
= 23,4 (kw)
60.1000. 60.1000.0,81

Trong đó V th =35m/ph là tốc độ hành trình thuận
Công suất đầu trục động cơ khi quay ngợc không tải có tốc độ không tải
V ng =70m/ph là:
Png =

Fng .Vng
60.1000.

=

1587,6.70
= 2,29 (kw)
60.1000.0,81

Do đó phải chọn động cơ có Pđm >Pttmax =23,4 (kw)
Dựa vào kết quả trên ta chọn động cơ có các thông số sau:
Loại động cơ: MTM512-8 , roto lồng sóc:
=60%

; Pđm=28kW

; nđm=705v/ph ; cosđm=0,75 ; coskhông tải=0,07

I1.đm=67 A ; I1.không tải=40A ; r1=0,141
rr=0,24 ; xr=0,20

; x1=0,214

; J=1,32 kgm2 ; G=470 kg

M th
M kd
= 3,5 ;
= 3,1
M dm
M dm

;

; Irđm=47.6A
; kr=ke2=0,19.104 .

I kd
= 6,0
I 1dm

1.3 Kiểm nghiệm lại động cơ:
Việc tích chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ qua
giai đoạn mở và hãm máy. Để có thể khẳng định chắc chắn loại động cơ với các
thông số ở trên có đáp ứng đợc yêu cầu truyền động hay không ta cần phải tiến
hành kiểm tra lại.
Yêu cầu của kiểm tra về tính chọn công suất nói chung thờng gồm các bớc sau:
+ Kiểm tra điều kiện khởi động.
+ Kiểm nghiệm quá tải mômen.
+ Kiểm tra điều kiện phát nóng
a.Kiểm nghiệm theo điều kiện khởi động:
Ta có : M dm =

9550.Pdm 9550.28
=
= 379.3 Nm
ndm
705

Mkđ =3.1Mđm =1175.83Nm
23


Do khi bắt đầu làm việc bàn máy chỉ có lực cản là lực ma sát

Fms =.g(mb +mct)=0.081x9.8x2000 = 1587.6N
=>Mômen cản tĩnh trên trục động cơ :
Mc =

Fms .
= 15.68 Nm


Nh vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện khởi động
b.Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải :
Kiểm nghiệm điều kiện quá tải, đối với động cơ không đồng bộ, cần xét
đến hiện tợng sụt áp của lới điện. Thông thờng, cho phép sụt áp 10%, nên mômen tới hạn của động cơ trong tính toán kiểm nghiệm chỉ còn:
Mth =(90%)2.Mth =0,81.Mth
(Mth _ là mô-men tới hạn theo số liệu của động cơ).
Từ số liệu tra đợc của động cơ đã chọn ta tính đợc:
+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
M max D = 0,81 ì 379.3 ì 3 = 922 N .m

Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất (định mức)khi cắt
gọt là :
M c max =

Fz . 32559,6.0,008
=
= 321.58 Nm

0,81

Vậy động cơ đã chọn thoả mãn điều kiện quá tải mô-men.
c.Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:

c1.Tính toán thời gian quá trình chuyển động của máy
Đồ thị tốc độ tối u của máy bào giờng:

Thời gian các khoảng t1, t4, t6, t9, t10, t12 đợc xác định bằng công thức:
24


t=

j
( 2 1)
Mqd Mc

Các khoảng thời gian t2, t3 ,t7, t8 đợc xác định theo kinh nghiệm vận hành.
Chọn t2=t3=t7=t8=0,2(s);
Trong đó mô men động cơ trong quá trình quá độ.Mqđ đợc lấy bằng:
Mqđ = 3.1 Mđm
Tốc độ bàn khi cắt ứng với tốc độ chạy định mức của động cơ ta có bán kính
quy đổi lực cắt về trục động cơ:
=

Vth


Vth = 35/60 = 0,58(m/s)
=

2n 2.3,14.705
0,58
=

= 73,83(rad / s) =
= 0,008
60
60
73,83

Để có = 0,024 ta có thể chọn hộp số có tỷ số truyền i= 0,024/ 0,008 = 3
Mô men phụ tải của động cơ khi đã quy đổi về trục của động cơ:
Mc =

Pth 23,4.10 3
=
= 320( Nm)
th
73

Tốc độ vào dao chọn Vo =5 (m/p) =5/60 =0,083 (m/s)
0 = 10,41 (rad/s)
Do đó :
Mômen phụ tải động cơ khi không cắt ( hành trình ngợc):
ng = Vng / = 146 (rad/s)
Mng = Png / ng = 2290/146 = 15,68 (Nm)
Mômen quán tính của bàn máy quy đổi về trục động cơ
Jm = Jb + Jct (Bỏ qua mômen quán tính bộ truyền)
Jm = (mb + mct ) . . =(1000 + 1000).0,008.0,008 = 0,128 kg.m2
Mômen quán tính của hệ thống:
J = Jm + Jd = 0,128 + 1.32= 1.448 (kg.m2)
Từ đồ thị tốc độ ta xác định các khoảng thời gian
Pdm
28.10 3

M dm =
=
= 379.3( Nm)
dm 2..705
60
j
1,448.10,42.9,8
t1 =
0 =
= 0,128( s )
1587,6.0,008
M qd M c
1175,83
0.81
j
1,448.(73 10,42).9,8
t4 =
( th 0 ) =
= 1,039 s)
3,1.M dm M c
1175,83 321,6

Trong khoảng thời gian t6 momen quá độ của động cơ đã đảo chiều:
t6 =
t9 =

J
3,1M dm M c

( 0 th ) =

1,448(10,42 73).9,8
= 0,593( s )
1175,83 321,6

J ( 0 ) 1,448.(0 10,43).9,8
=
= 0,124( s)
M qd
1175,83 15,68

25