Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giường

Đồ án môn học

Tổng hợp hệ điện cơ
Tên đề tài:

(Đề số 5/TC)

Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giờng.
Số liệu ban đầu:
- Tốc độ hành trình thuận (Vth)
35 [m/ph]
- Tốc độ hành trình ngợc (Vng)
70 [m/ph]
- Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện (=V/]
0,024 [m]
- Hiệu suất định mức của cơ cấu )
0,81
- Hệ số ma sát trợt giữa bàn và gờ trợt (à) 0,081
0,081
- Chiều dài hành trình bàn (Lb)
3 [m]
- Khối lợng bàn
1000 [kg]
- Lực cắt (Fz)
30 [kN]
- Mômen quán tính của các bộ phận chuyền động bao gồm: chi tiết, bàn
máy, động cơ và cơ cấu truyền lực.
Nội dung tính toán:
- Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
- Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất động cơ và mạch lực.
- Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp hệ

- Thiết kế mạch điều khiển
- Mô phỏng (Simulink).
Phơng án thiết kế:
1. Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu.
2. Hệ truyền động động cơ xoay chiều không đồng bộ dùng phơng pháp
điều chỉnh tần số.


Chơng I
Đặc điểm công nghệ cấu tạo truyền động điện
máy bào giờng
I. Đặc điểm công nghệ cấu tạo MBG

Nhìn chung, với các xí nghiệp công nghiệp loại trung bình và các
ngành công nghiệp thuộc cơ khí và chế tạo, máy bào giờng là 1 thiết bị có
thể gia công phôi với các hình dáng khác nhau nh hình vuông, hình chữ
nhật, đa giác gần đúng so với yêu cầu của chi tiết cho các máy công cụ
khác nh: máy tiện, phay, khoan, mài,
Ngoài ra, máy bào giờng có thể gia công các chi tiết lớn vừa và nhỏ
nh: mặt bích, hình khối dạng bậc độ nhẵn bề mặt và độ chính xác cao.
Vì vậy, máy bào giờng là 1 thiết bị thuộc máy công cụ có thể đẩy
mạnh sản xuất trong công nghiệp. Máy bào giờng có chiều dài từ 1,5 ữ
12m. Tuỳ thuộc vào chiều của bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giờng thành 3 loại:
Hình 1. Cấu tạo máy bào giờng
1.
Chi tiết gia công
2.
Bàn máy
3.
Dao cắt

4.
Bàn dao đứng
5.
Xà ngang
+ Máy cỡ nhỏ:
Lb 3m, FK = 30 ữ 50 kN
+ Máy cỡ trung bình:
Lb = 4 ữ 5m; FK = 50 ữ 70 kN
+ Máy cỡ nặng:
Lb 5m; FK > 70 kN
* Quá trình làm việc nguyên lý
Chi tiết gia công 1 đợc kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến
qua lại. Dao cắt 3 đợc kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao đứng 4 đợc đặt
trên xà ngang 5 cố định khi gia công. Trong quá trình làm việc, bàn máy di
chuyển theo chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm 2 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.
Sau khi kết thúc hành trình ngợc thì bàn dao lại di 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 hành trình kép gọi là chuyển động ăn dao. Các CĐP là di
chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong quá trình không tải.
* Đồ thị tốc độ của bàn máy CĐC máy bào giờng (h2-4)
Tính cho 1 chu kỳ, thời điểm ban đầu đầu hành trình thuận bàn máy
tăng tốc độ V01 = 5 ữ 15m/ph trong 1 khoảng thời gian là t 1 (tốc độ vào

dao). Sau khi chạy ổn định với tốc độ V 01 trong khoảng thời gian t2 thì dao
cắt vào chi tiết (thời gian có tải hay còn là thời gian vào dao dao cắt vào
chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết). Hết khoảng thời gian t 2
bàn máy tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt) = Vz ĐC = 20 ữ 75 m/ph.
Trong khoảng thời gian t4 bàn máy chuyển động với tốc độ V th và thực hiện
gia công chi tiết.
V
C

Vth
A V01
O

Vth

D

V02
E

B

F
L
V03
K
I

H

Vng
t1

t2

t3

t4

t5 t6

t7

Vth
t8

G
t9

t10

Tck

Hình 2: Đồ thị tốc độ bàn máy của máy bào giờng

t11

t

Gần hết hành trình thuận, bàn máy từ từ giảm tốc độ đếnV 02 dao
chuẩn bị ra khỏi chi tiết chuẩn bị cho hành trình ngợc. Khi bàn máy đảo
chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ Vng, thực hiện quá trình không tải, đa
bàn máy trở về vị trí ban đầu. Hết hành trình ngợc (V03) khoảng thời gian t10
đảo chiều sang hành trình ngợc. Khi bàn máy đảo chiều sang hành trình ngợc đến tốc độ Vng, thực hiện quá trình không tải, đa bàn máy trở về vị trí
ban đầu. Hết hành trình ngợc (V03) khoảng thời gian t10 đảo chiều sang hành
trình thuận, thực hiện 1 chu kỳ khác.
+ Vth = 5 ữ (75 ữ 120) m/ph
+ Vzmax = 75 ữ 120 m/ph
+ Vng = kVth với k = 2 ữ 3 tăng năng suất của máy =>
Vng>Vth.
n=

1
1
=
TCK t th + t ng

+ n: năng suất của máy
+ TCK: thời gian của 1 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)
* Tính toán phụ tải truyền động chính của máy bào giờng.
Công thức: FK = FZ + Fms.
+ FK: lực kéo tổng (N)
+ FZ: lực cắt (N)
+ Fms: thành phần lực ma sát (N)
* Hành trình thuận (có tải)
FK = FZ + Fms = FZ + à [FY + g (mc + mb)]
+ FY = 0,4FZ: thành phần thẳng đứng của lực cắt (N)

=> FK = 30.103 + 0,081 [0,4.30.103 + 9,8 (1000 + 1000)]
= 30.103 [1 + 0,081.0,4] + 9,8.0,081.2.103
= 30.103.1,0324 + 1,5876.103 = 32.103(N) = 32 (kN)
* Hành trình ngợc (không tải):
FZ = 0 => FK = Fms = àg (mct + mb) = 0,081 (1000 + 1000)
= 0,081.(2.103) = 0,162.103 = 162 (N)


Fk
Fkcf
1
2
O

Vgh

Vmax

V

H×nh 3. §å thÞ phô t¶i T§C cña MBG


II. Hệ truyền động của MBG

1. Truyền động chính của MBG
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỷ số giữa tốc độ lớn
nhất của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc) và tốc độ nhỏ
nhất của bàn máy (tốc độ nhỏ nhất trong hành trình thuận).
D=

Vmax Vng max
=
Vmin Vth max

+ Vngmax: tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngợc = 75 ữ 120
m/ph
+ Vthmin: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy ở hành trình thuận = 4 ữ 6 m/ph
=> D = (12,5 ữ 30)/1
Thông thờng, hệ thống truyền động điện (TĐĐ) sử dụng động cơ một
chiều (ĐM) đợc cấp nguòn từ bọ biến đổi (BBĐ). Theo yêu cầu của đồ thị
phụ tải H3-5 điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện theo 2 vùng.
+ Vùng (1) thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi từ (5 ữ 6)/1 với
mômen trên trục động cơ là hằng số ứng với V b tăng từ Vmin = (4 ữ 6) m/ph
=> FK = PK = const.
ở vùng (2) thông thờng điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp điều
chỉnh từ thông nhng sử dụng phơng pháp này thì giảm năng suất của máy,
vì thời gian qtqđ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn. Vì
vậy ngời ta mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ đảo trong cả dải bằng thay
đổi điện áp phần ngs (U).
ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ 5% khi phụ tải tăng từ 0 ữ định mức.
Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu phải êm, tránh va đập trong
bộ truyền với độ tác động cực đại.
Thông thờng hệ TĐC của MBG nh sau:
+ MBG cỡ nhỏ: Lb < 3m; Fk = 30 ữ 50 kN
D = (3 ữ 4)/1
Hệ TĐC: ĐK khớp ly hợp hoặc động cơ không đồng bộ rôto dây
quấn ( ĐK)
Hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐM) +hộp tốc độ
+ MBG cỡ trung bình: Lb = (3 ữ 5) m;

D = ( 6 ữ 8)/1

FK = 50 ữ 70 (kN)


Hệ TĐC: FM - ĐM
+ Máy cỡ nặng: Lb > 5 (m)
F=K > 70 (kN)
D (8 ữ 25)/1
Hệ TĐC:
+ FM - ĐM có bộ khuếch đại trung gian
+ Hệ CL dùng T - ĐM.
Truyền động ăn dao
TĐAD có tính chất, chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc 1 lần
(từ thời điểm đảo chiều từ ngợc -> thuận và lết thúc trớc khi dao cắt vào chi
tiết).
Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao:
D = (100 ữ 200)/1
Lợng ADmax = (80 ữ 100) mm/hành trình kép
Cơ cấu AD làm việc với tần số lớn, có thể đạt 100- lần/giờ.
TĐAD đợc thực hiện bằng ĐK roto lồng sóc và hộp tốc độ. Di
chuyển đầu dao nhanh thực hiện theo 2 chiều ở cả chế độ di chuyển làm
việc và di chuyển nhanh.
Thông thờng TĐAD sử dụng hệ thống điện cơ:
Hệ thống điện (HTĐ) trục vít - ecu
S = tv . t . T
+ Hệ thống điện (HTĐ) bánh răng - thanh răng:
S = tr . Z . t . T
Với: S: lợng ăn dao (mm/hành trình kép)
+ tv, br: tốc độ góc trục vít, bánh răng (1/s)

+ Z: số bớc răng của bánh răng
+ t: bớc răng của trục vít hoặc thanh răng (mm)
+ T: thời gian làm việc của trục vít hoặc thanh răng (s).
Với máy trung bình TĐAD sử dụng bộ phận chính là hệ thống đĩa số
răng trên các đĩa khác nhau. Số đĩa sẽ là số cấp ăn dao ứng với 1 tốc độ của
trục làm việc. Số đĩa là 7 hoặc 8 đĩa.
7 đĩa + hộp tốc độ 3 cấp => S = 0,5 ữ 50 mm/htr kép.
8 đĩa + hộp tốc độ 3 cấp => S = 0,5 ữ 100 mm/htr kép
Với = 1,26


Số răng trên đĩa xác định lợng ăn dao. Mỗi đĩa sẽ ứng với 1 lợng ăn
dao.
Phần ứng rơle R sẽ di chuyển tựa trên các đĩa, khi gặp răng trên đĩa
rơle R nhả, tác động đến mạch điều khiển và cắt điện động cơ TĐĂD.
Tới mạch
điều khiển

U dao
Gờ tr ợt

TAD
HTĐ
ĐK

Hình 4. Hệ thống truyền động ăn dao MBG
* Truyền động phụ
Truyền động phụ đảm bảo di chuyển nhanh bàn dao, xà máy, nâng
đầu dao trong hành trình ngợc, đợc thực hiện bởi ĐK và NCĐ.

Chơng II
Tính chọn công suất động cơ - phơng án TĐĐ máy
bào giờng.
I. Tính chọn công suất động cơ:

Trong hệ truyền động điện (TĐĐ) bao giờ cũng có quá trình biến đổi
năng lợng điện cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái
làm việc của TĐĐ. Mong muốn lớn nhất trong hệ TĐĐ là tốc độ làm việc
của TĐĐ do công nghệ yêu cầu đạt đợc tốc độ nh mong muốn. Tuy nhiên,
trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ thờng tăng do sự biến thiên của
tải, của nguồn và do đó gây sự sai lệch tốc độ thực so với tốc độ đặt. Do đó,
việc lựa chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu công nghệ cho hệ
TĐĐ của máy công cụ là một mục tiêu để đảm bảo duy trì sự làm việc lâu
dài, ổn định, chất lợng, kinh tế cho thiết bị và chi tiết cần gia công.
Đối với MBG nh ở chơng I đã trình bày ta tóm tắt lại các chuyển
động bao gồm nh sau:
* CĐC: là sự di chuyển qua lại của bàn máy mang chi tiết gia công
gồm nhiều chu kỳ, mỗi chu kỳ có 2 hành trình:
+ Hành trình thuận: hành trình cắt gọt (có tải)
+ Hành trình ngợc: hành trình đa bàn máy về vị trí ban đầu (không
tải)
* CĐP : di chuyển nhanh bàn dao, bơm dầu bôi trơn, lên xuống xà
TĐ phụ không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, tốc độ ổn định
(M, = const). Ta chọn động cơ rôto lồng sóc (Pđm = 0,25 ữ 1,7 (kW); Uđm =
220v/380v).
* CĐAD: là chuyển động tịnh tiến của bàn dao có tính chất chu kỳ,
thực hiện trong thời gian ngắn tính từ thời điểm ban đầu đảo chiều từ hành
trình ngợc đến hành trình thuận và kết thúc trớc khi dao ăn vào chi tiết.

1. Chọn PĐ truyền động chính (TDC) của MBG

Đặc điểm TĐC của máy bào giờng là đảo chiều với tần số lớn, Mkđ,
Mhãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong chu kỳ làm việc.
Chiều dài hành trình bàn càng giảm, ảnh hởng của qtqđ càng tăng. Vì vậy
khi chọn PĐ TĐC MBG cần xét cả phụ tải tĩnh lẫn phụ tải động.
a) Số liệu ban đầu:
Vth = 35 (m/p)

min = Vth/

Vng = 70 (m/p)

max = Vng/

= 0,024 (m)
= 0,81
à = 0,081
Lb = 3(m)
FZ = 30 (kN)
mb = 1000 (kg)
mct = 1000 (kg)
b) Chọn sơ bộ động cơ:
ứng với mỗi chế độ cắt gọt, ta xác định FK trên trục vít của bộ truyền,
công suất đầu trục cơ và công suất tính toán.
FK = FZ + (Gb + Gct + Fy) à
+ Fz: lực cắt (N)
+ Gb, Gct: trọng lợng bàn, chi tiết (kg)
+ Fy = 0,4 FZ : thành phần lực cắt thẳng đứng (N)

=> FK = 30.103 + (1000 + 1000 + 0,4.30.103).0,081
= 31,134 (kN)
Công suất động cơ trong hành trình thuận:
FK .Vth
31,134.35.103
Pth =
=
= 22,4 (kw)
60.1000.
60.103.0,81
+ Với hệ thống TĐĐ máy bào giờng là bộ biến đổi ( BBĐ) - Động cơ
một chiều điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh
điện áp phần ứng ta chọn động cơ nh sau:
Ptt = Pth.

Vng
Vth

= 22,4.

70
= 44,8 (kw)
35


+ MBG luôn làm việc ở chế độ non tải vì lý do công nghệ do đó ta
chọn PĐ nh sau:
PĐ

Ptt 44,8

=
= 55,3 (kw)
0,81

Ta chọn động cơ 1 chiều của Liên Xô kiểu - 92T:
Pđm = 67,5 (kw)
Uđm = 220 (V)
Iđm = 306 (A)
fđm = 50 (Hz)
= 79%
đm = 1500 (v/ph)
đm = 157 (Rad/s)
P=1
* Tính toán các thông số:
+ R = 0,5 (1 - đm)
+ L = KL
+T=

U dm
220
= 0,5(1 0,79)
= 0,076 ()
I dm
306

U dm
220
= 5,6.
= 0,0026 (H)
I dm .P.n dm

306.1.1500

L
0,0013
=
= 0,035 (s)
R
0,076

Phơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ điện 1 chiều kích từ độc
lập:
U
=

R.M
-

= 1,76 - 0,048M

K
(K)2
U
R
220 0,75I
=

.I =

= 1,76 0,006I
K K

1,25
1,25
K dm =

U dm I dm R
220 306.0,075
=
= 1,25
dm
157

+ KL: hệ số = 5,5 ữ 57 với máy không bù
+ Mđm =

Pdm 67500
=
= 430 (N.m)
dm
157


+ T chuẩn = T + Tv0 = 0,035 + 0,016 = 0,05 (s)
Các thông số tính toán gần đúng theo công thức:
II. Chọn ph ơng án truyền động điện:

1. Khái niệm chung:

Về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u
việt so với các loại động cơ khác, không những có có khả năng điều chỉnh
tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng

thời lại đạt chất lợng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế có 2 phơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều:
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi (BBĐ). Các BBĐ này cấp cho
mạch phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ.
Trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ BBĐ chính:
+ BBĐ máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại (KĐM).
+ BBĐ điện từ: khuếch đại từ (KĐT).
+ BBĐ chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu Tiristor (CLT)
+ BBĐ xung áp một chiều: Tiristor hoặc Tranzistor (BBĐXA).
Tơng ứng với việc sử dụng các BBĐ mà ta có các hệ truyền động nh:
+ Hệ truyền động máy phát - động cơ (MF - Đ)
+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại động cơ (MĐKĐ - Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lu Tiristor - động cơ (T-Đ)
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ).
Ngoài ra các hệ TĐ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều đợc phân
loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng
thời tuỳ thuộc vào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động
làm việc ở 1 góc phần t, hai góc phần t, bốn góc phần t.


II Trạng thái hãm



I

Trạng thái động cơ

Mđ


Mc
Mc

Mđ

Pc = Mđ. < 0

Pc = Mđ. > 0
IV Trạng thái hãm

III Trạng thái động cơ
Mđ



Mc

M

Mc

Mđ
Pc = Mđ. < 0

Pc = Mđ. > 0

2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Là quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ.
= f(M) hoặc n = f(M)



đm

O

Mnm

Mđm

M

- Xét ảnh hởng của U: = đm = const; R = const; biến thiên
hớng giảm so với Uđm.


0
01
02
03
O

uđm

u1
u2
u3
Mc

M

theo


Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì kích từ đợc
giữ nguyên, do đó Mtải cho phép của hệ sẽ là:
Mccp = Kđm . Iđm = Mđm
Khi làm việc ở chế độ xác lập M do động cơ sinh ra đúng bằng M tải
trên trục.
3. Các phơng án cho hệ thống truyền động đối với động cơ một
chiều

a) Hệ thống truyền động F-Đ:
Là hệ TĐĐ mà BBĐ là máy phát (MF) 1 chiều kích từ độc lập. MF
này do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha quay và coi tốc độ của MF là
không đổi.
Hệ F-Đ có khả năng chịu quá tải lớn, trạng thái làm việc linh hoạt.
Nhng có nhợc điểm là dùng nhiều máy điện quay, trong đó có ít nhất là 2
máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt cao, nhợc điểm lớn nhất
là máy phát điện một chiều do có từ d, đặc tính từ hoá trễ nên khó điều
chỉnh sâu tốc độ.
b) Truyền động Tiristor - động cơ 1 chiều (T-Đ)
Do chỉnh lu Tiristor dẫn dòng theo 1 chiều và chỉ điều khiển đợc khi
mở, còn khoá theo điện áp lới cho nên thực hiện đảo chiều phức tạp hơn F Đ. Nhng cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển của hệ T-Đ có đảo chiều lại

an toàn cao và có logic điều khiển chặt chẽ, có 5 loại sơ đồ chỉnh lu đợc dựa
theo 2 nguyên tắc.
+ Giữ nguyên chiều IƯĐ và đảo chiều IKTĐ
+ Giữ nguyên chiều IKTĐ và đảo chiều IƯĐ
* Phơng án I: Truyền động dùng BBĐ cấp cho phần ứng và đảo
chiều quay bằng đảo chiều IKTĐ. Kiểu phơng án này dùng cho hệ truyền
động công suất lớn rất ít đảo chiều.
Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phơng án I
~

~
BBĐ 1

Đ
CKĐ
BBĐ 3

BBĐ 2


* Phơng án II: Truyền động dùng BBĐ cấp cho phần ứng và đảo
chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (giữ I= const). Phơng
án này thờng dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp.
Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phơng án II
~
T
N
N

_

Đ

CKĐ
+

T

BBĐ

* Phơng án III
(a) Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển
chung
(b) Truyền động dùng 2 bộ biến đổi theo sơ đồ chéo điều khiển
chung.
Phơng án này dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao,
thực hiện đảo chiều êm nhng có kích thớc cồng kềnh, vốn đầu t lớn.

Sơ đồ mạch lực hệ truyền động phơng án III
~

~
BBĐ 1
_
Đ

CKĐ
+
Đ

BBĐ 2

CKĐ
+

_


* Phơng án IV
Phơng án này sẽ đợc sử dụng cho hệ truyền động mà đề tài đã yêu
cầu. Hệ truyền động dùng 2 BBĐ cấp cho phần ứng điều khiển riêng. Đợc
dùng cho mọi giải công suất và có tần số đảo chiều lớn.
Sơ đồ khối hệ truyền động MBG
~

_
Đ

CKĐ
+


S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn
C

B

A

Z

Y

X

c

b

a

ic

ib

ia

T11
α1

1
FX1 α

T31
T51
i1L

ia
u

α2

T41

LOG

i2L

ia

T42

FX2

T61

BB§ 1

T21
SI1
SI2
T12

α2

T32

T62

T52

T22
220V

I

§
CK§
_

+

BB§ 2


Sơ đồ các tín hiệu điều khiển

E

t

O

1
O

iLđ
t

t1

i

t

O

1



i1L

t

O
i2L

1

t

O

1

b'1
t

O
1

b'2
t

O
1

b1
t

O
1

b2

O

b) Nguyên lý truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển riêng:
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một
thời điểm chỉ phát xung vào 1 BBĐ còn bộ kia bị khoá do không có xung

t


điều khiển. Hệ có 2 BBĐ: BBĐ1 và BBĐ2 với các mạch phát xung điều
khiển tơng ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung phụ
thuộc vào b1 và b2 (là các tín hiệu logic). Quá trình hãm và đảo chiều đợc
mô tả nh sau:
Trong khoảng thời gian từ 0 ữ t1, BBĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lu với
góc 1 < /2; BBĐ2 khoá. Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi iLđ, góc điều khiển

1 tăng đột biến > /2, dòng phần ứng giảm dần về 0, lúc này cắt xung điều
khiển để khoá BBĐ1. Thời điểm t2 đợc xác định bởi cảm biến dòng điện SI1.
Trong khoảng thời gian trễ = t3 t2, BBĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện
phần ứng bị triệt tiêu. Tại t 3, sđđ động cơ vẫn còn dơng, tín hiệu logic b2
kích cho FX2 phát xung mở BBĐ2 với góc 2 > /2 và sao cho dòng điện
phần ứng không vợt giá trị cho phép, động cơ đợc hãm tái sinh. Nếu nhịp
điệu giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm
và dòng điện khởi động ngợc không đổi, điều này đợc thực hiện bởi các
mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống.
Trên sơ đồ của khối logic thì i Lđ, iL1, iL2 là các tín hiệu logic đầu vào,
b1 và b2 là các tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển
iLđ = 1, phát xung điều khiển mở BBĐ1
iLđ = 0, phát xung điều khiển mở BBĐ2
i1L (i2L ) = 1; có dòng điện chảy qua BBĐ1 (BBĐ2)
b1 (b2) = 1; khoá bộ phát xung FX1 (FX2)
Khoảng thời gian trễ đợc đảm bảo bởi các mạch xung có độ rộng
không đổi .
Mạch điều khiển nhờ bộ logic (có đảo chiều) có dạng:
B1 = i Ld .i1L + i2L; b2 = iLd. i1L + i1L
Sơ đồ mạch logic


-1
i1L

i2L

b'
&

1

1

-1

1

b1


b'2

-1

&

1

iLđ

1

b2


* Thiết kế BBĐCL Thyristor:
- Yêu cầu đối với bộ chỉnh lu:
Nguồn điện lới V: 3 x 380V, 50Hz
Bộ chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển - đảo chiều

Điện áp chỉnh lu: Ud = 220 (V)
Dòng chỉnh lu: Id = 306 (A)
Dòng hiệu dụng cầu 3 pha: Ihd = Id/ 3 = 306/ 3 = 176,7 (A)
Phía sơ cấp đấu , phía thứ cấp đấu Y (/Y)
Tăng số vòng dây

3 , giảm thiết diện dây 3 lần.
- Tính chọn máy biến áp( MBA): máy biến áp nguồn dùng để tạo điện
áp U2 phù hợp với điện áp động cơ và cách ly phần mạch lực BBĐ với lới
điện.
Điện áp sụt trên thyzistor nối tiếp = 2V
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp nối /Y.
U2 =



U d 0 3,14.(220.1,34 + 2)
=
= 127 (V)
3 2 3
3 2.3 3
.

+ Ud0: điện áp chỉnh lu không tải = 220.1,34 + 2 297 (V)
U1 380
=
3
U 2 127
Dòng thứ cấp MBA:
Tỷ số MBA: k =

3
.I d = 353,3 (A)
2
- Công suất MBA:
P = 3.U2.I2 = 3.127.353,3 = 134607 (VA) = 134,6 (KVA)
+ Dòng điện bên sơ cấp MBA:
I2 =


Id1 = P/ 3 .U1 = 134,6/ 3 .380 = 208,4 (A)
+ Chọn van Thyzistor trong BBĐ:
Giá trị dòng:
I d max =

I2
353,3
=
= 252,1 (A)
1,4
3/ 2

252,1
84
= 84( A) I van =
.1,2
3
0
,
3

=> Itbmax thực
= 336 (A)
Giá trị điện áp:
Ungmax thực = 1,05 3 6 U2 = 312 (V)

312
.1,2 = 535 (V)
0,7
(Với K1 = K2 = 1,2 là hệ số dự trữ của van)
Chọn Thyzistor do hãng G.E của Mỹ chế tạo: C392
Uim = 600 (V)
di/dt = 800 A/ms
Itb = 550 (A); fđm = 50 Hz
du/dt = 200 V/ms
Ung van =

toff = 10 às

Uđiều khiển chuẩn = 6V

tx = 200 às

Iđiều khiển chuẩn = 1A

= 6405
Ki = 1,2
Ku = 1,2
Chế độ làm mát = quạt gió
Bảo vệ dòng điện cho van :
ATOMAT

Uđm: 220v
Iđm: 1,1 ữ 1,3 x 3 x Iđ = 478,2 ữ 326,6 (A)
Bảo vệ quá áp :
R
C

Chọn R = 5,1
Chọn C = 0,25àF

T

Bảo vệ quá điện áp cho quá trình đóng cắt các tiristor đợc thực hiện bằng
cách mắc R-C song song với tiristor. Khi có sự chuyển mạch các điện tích
tích tụ trong lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngợc trong
khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây
ra suất điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá trình


®iÖn ¸p gi÷a Anod vµ Catod cña tiristor khi cã m¹ch R-C m¾c song song víi
tiristor, t¹o ra m¹ch vßng phãng ®iÖn tÝch trong qu¸ tr×nh chuyÓn m¹ch nªn
tiristor kh«ng bÞ qu¸ ®iÖn ¸p.


Chơn g III
Xây dựng cấu trúc điều khiển và tổng hợp hệ
I. Xây dựng cấu trúc điều khiển

1. Cấu trúc chung:

Với mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là

phải đảm boả giá trị yêu cầu của các đại lợng điều chỉnh mà không phụ
thuộc vào tác động nhiễu loạn lên hệ điều chỉnh.
NL

THĐ

R

BBĐ

M

Mx

ĐL

+ M: động cơ truyền động
+ Mx: máy sản xuất
+ BBĐ: thiết bị biến đổi năng lợng
+ ĐL: thiết bị đo lờng
+ R: bộ điều chỉnh
+ THĐ: tín hiệu đặt cho hệ thống
+ NL: tín hiệu nhiễu loạn.
2. Sơ đồ cấu trúc

Đối với hệ TĐĐ 1 chiều cấu trúc cơ bản có dạng điều khiển nối tiếp
gồm 2 mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ:
+ Mạch vòng tốc độ có chức năng nâng cao độ ổn định tốc độ động
cơ.
+ Mạch vòng dòng điện có chức năng điều chỉnh dòng, điều chỉnh gia

tốc, bảo vệ động cơ khỏi quá dòng.
* Cấu trúc cơ bản của hệ TĐĐ 1 chiều:


I

HCD
uđi

R
u

RI

uđk

BBĐ

+

u Đ

CKĐ

uc

_
Đo I

Đo

FT

Mạch vòng dòng điện:
Mạch vòng tốc độ:
RI: bộ điều chiều trỉnh dòng của hệ thống R: bộ điều chỉnh tốc độ
UđI: định lợng đặt
Uđ: định lợng đặt
BBĐ: bộ biến đổi
HCD: hạn chế lợng đặt của UđI
I: tín hiệu dòng cần điều khiển
Đầu ra là tốc độ động cơ
Đ0I: lấy khâu phản hồi dòng điện
* Sơ đồ cấu trúc của hệ:
Với phơng án chọn hệ điều khiển nh ở chơng II đã nêu ta xây dựng
đợc cấu trúc điều khiển của hệ nh sau:
Hệ truyền động T - Đ có đảo chiều dùng cho MBG
RI

HCD
uđ

BBĐ1
BBĐ1

Si1

FX1

uđi

R

~

RI

BBĐ2
BBĐ2

FX2

Si2

Đ
u

S



CKĐ
+

_

+ Hệ thống điều chỉnh tốc độ là hệ thống mà đại lợng đợc điều chỉnh
là tốc độ góc của động cơ điện.
+ Để đảo chiều, trong hệ thống dùng 2 bộ BBĐ, BBĐ1 và BBĐ2 nối
song song ngợc. Các máy phát xung FX1 và FX2 phát xung điều khiển cho

cả 2 BBĐ này. Các bộ điều chỉnh Ri 1 và sensor dòng Si1, Ri2 và sensor dòng
Si2 tạo thành các mạch vòng điều chỉnh dòng điện.



Đ

I

MC
uiđ

ui

RI

S

SI

FX

BBĐ

uđ

uk
uđ

u

R

HCD

Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện:
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống
xác định mômen kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều
chỉnh gia tốc Hệ truyền động điện động cơ quay để kéo bàn máy MBG có
hằng số thời gian cơ học lớn so với hằng số thời gian điện từ của mạch phần
ứng nên có thể coi sức điện động của động cơ ảnh hởng đến quá trình điều
chỉnh của mạch vòng dòng điện.
Sơ đồ khối mạch vòng dòng điện