Thiết kế hệ truyền động cho động cơ quay chi tiết máy mài tròn

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

trờng đại học bách khoa hà nội
bộ môn tự động hoá xncn
****o0o****
Đồ án môn học
tổng hợp hệ điện cơ
Đề tài:
Thiết kế hệ truyền động cho động cơ quay chi tiết máy mài tròn
Số liệu ban đầu:
-Mô men cực đại
35[Nm]
-Tốc độ quay chi tiết(n)
100ữ1000[vòng/phút]
-Tỉ số truyền(l)
3
-Hiệu suất()
0,7
-Mô men quán tính cơ cấu(J)
0,007[kg/s2]
Nội dung tính toán:
-Các yêu cầu công nghệ và truyền động máy mài tròn.
-Lựa chọn phơng án truyền động.Tính chọn công suất động cơ
-Xây dựng cấu trúc tổng hợp hệ.
-Thiết kế mạch lực và mạch điều khiển.
-Mô phỏng (Simulink)

chơng i
yêu cầu về công nghệ và truyền động
I. Tổng quan về máy mài
Trong sản xuất cơ khí cũng nh trong các lĩnh vực sản xuất khác sản phẩm

đợc tạo ra ở giai đoạn cuối cùng của một quá trình sản xuất, tuy nhiên để tạo
ra sản phẩm cuối cùng cần phải tiến hành qua rất nhiều khâu, từ chỗ là
nguyên vật liệu cho đến sản phẩm thờng đợc tiến hành liên tục theo một quy


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
trình công nghệ nào đó hình thành một hệ thống gọi là dây chuyền sản xuất,
tuỳ theo mức độ phức tạp của sản phẩm mà dây chuyền sản xuất cũng có độ
phức tạp tơng ứng.Trong sản xuất cơ khí thì mài thuộc giai đoạn gia công chi
tiết để tạo ra một sản phẩm có bề mặt đạt các yêu cầu về kỹ thuật. Máy mài
để gia công tinh với lợng d bé, bề mặt trớc khi mài đã đợc gia công thô hoặc
tinh trên các máy khác (nh máy tiện, phay, bào...) cũng nh các loại máy
chuyên để mài thô dùng trong phân xởng chuẩn bị phôi với lợng d hàng mm(
mài các phôi thép đúc, vỏ hộp gang đúc...).
Trên máy mài ta có thể mài đợc các mặt trụ ngoài, trong, mặt côn, mặt
định hình, mài răng, ren, mài sắc và mài cắt.Mài đóng vai trò quan trọng
trong gia công lần cuối nên đợc dùng rộng rãi trong các nhà máy và phân xởng cơ khí.
Hiện nay máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng
ngoài ra còn có các loại máy mài khác nhau nh: máy mài vô tâm, máy mài
rãnh, máy mài cắt, máy mài răng v.v...Thơng trên máy mài có ụ chi tiết hoặc
bàn, trên đó kẹp chi tiết và ụđá mài. Cả hai ụ đều đặt trên một bệ máy.
Sơ đồ sau cho ta một mô hình tổng quan về máy mài.
Máy mài công nghiệp

Máy
mài
tròn
trong

Trong đó máy mài tròn có hai loại:máy mài tròn ngoài (hình 1-1a), và

máy mài tròn trong (Hình 1-1b).

Máy mài răng

Máy
mài
tròn
ngoài

Máy mài cắt

Máy
mài
mặt
đầu

Các loại khác

Máy mài rnh

Máy
mài
bằng
biên
đá

Máy mài tròn

Máy mài vô tâm

Máy mài phẳng


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Ngoài ra ta cũng cần chú ý tới các yếu tố ảnh hởng tới chất lợng mài :
_ Chọn đá mài : Để đảm bảo chất lợng sản phẩm và nâng cao năng suất khi
chọn đá mài ta cần chú ý tới các điều sau :
+) Vật liệu mài
+) Chất kết dính đá mài
+) Độ cứng đá mài
+) Kế cấu đá mi ...
Nhữngđiều trên quy định trong công nghệ cắt.
_ Chọn chế độ cắt : chọn chế độ mài là chon chế độ quay của đá tốc độ
quay cua chi tiết lợng chạy dao ngang và chiều sâu cắt . Ví dụ nh :
+) Tốc độ quay của đá quá chậm sẽ tăng lực cắt chong mòn đá. Nếu tốc
quá cao lực li tâm lớn sẽ gây gẫy trục vỡ đá ...
+) Tốc độ vật mài phụ thuộc vào yêu ccầu kĩ thuật độ bóng bề mặt gia
công. Mài tinh hay mài thô tuỳ thuộc vào lợng chạy dao có tốc độ mài hơp
lý.
II. Đặc điểm truyền động của máy mài
Một đặc điểm quan trọng trong hệ thống máy mài đó là hệ thống thực
hiện nhiều truyền động cùng một lúc,đó là các truyền động:
1) Các truyền động trong máy mài
a) Truyền động chính
Trên máy mài tròn truyền động chính là truyền động quay của đá mài, với
vận tốc đợc tính theo biểu thức:
v=

..D d .n d

60.1000

Trong đó:

(m/s).

Dd -đờng kính của đá mài.
nd -số vòng quay trục chính mang đá(vòng/phút).
Trong các truyền động của đá mài, thì truyền động quay đá mài có yêu
cầu phải đảm bảo một tốc độ tơng đối ổn định, do vậy trong các thiết kế ngời


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
ta thờng sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, tuy nhiên ở các máy
mài nặng, để duy trì tốc độ cắt không đổi khi mòn đá hay khi kích thớc gia
công thay đổi thì ngời ta thờng sử dụng động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc
độ là D =2 ữ 4/1 với công suất là không đổi.
ở đá mài trung bình và nhỏ tốc độ quay của đá mài v = 50 ữ 80 m/s nên
đá mài có đờng kính lớn thì tốc độ quay đá vào khoảng 1000 v/p, ở những
máy mài có đờng kính nhỏ, tốc độ quay của đá rất cao.Động cơ truyền động
là các động cơ đặc biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, với tốc độ vào khoảng
(24000 ữ
48000) v/p, hoặc có thể lên tới (150000 ữ 200000)
vg/ph.Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số
cao (BBT quay), hoặc là các bộ biến tần tĩnh (BBT bằng thyristor).
Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thờng là 15 ữ 20 % mômen định
mức.Mômen quán tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn: 500 ữ 600%
mômen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cỡng bức động cơ quay
đá.Không yêu cầu đảo chiều động cơ quay đá.
b) Truyền động ăn dao

ở máy mài tròn cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không
đồng bộ nhiều cấp tốc độ(điều chỉnh số đôi cực p) với vùng điều chỉnh tốc độ
D = (2 ữ 4 )/1.ở các máy cỡ lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi- động cơ
điện một chiều (BBĐ-ĐM), hệ KĐT-ĐM có vùng điều chỉnh tốc độ D =10/1
với điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy mài tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ
BBĐ-ĐM với vùng điều chỉnh tốc độ D =(20 ữ
25)/1.
Truyền động ăn dao ngang sử dụng máy thuỷ lực.
c) Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
d) Truyền động quay chi tiết máy mài

cơ.

_ Phạm vi điều chỉ tốc độ 8-50/1
_ Mở máy có tải mô men mở máy từ 150 -200% Mđm
_ Mô men quán tính có thể lớn gấp 7-8 lần mô men quán tính trục động

Do những đặc điểm trên đối với máy mài cỡ nặng ngời ta dùng động cơ
điện 1 chiều (F-Đ hoặc T-Đ). Còn đối với những máy mài cỡ nhỏ ngời ta
dùng động cơ lồng sóc nhiều cấp tốc độ.


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

chơng iI
lựa chọn phơng án truyền động
Sau khi đã nêu đợc các yêu cầu về công nghệ ta tiến hành lựa chọn phơng
án truyền động cho hệ thống, đây là khâu hết sức quan trọng trong thiết kế

truyền động cho một hệ thống, mọi chỉ tiêu chất lợng về kinh tế, kỹ thuật đợc
đánh giá rất cao ở phần này.Lựa chọn phơng án truyền động tức là ta phải
xác định đợc loại động cơ thực hiện, cũng nh phơng án truyền động.Để lựa
chọn đợc phơng án truyền động phù hợp với yêu cầu cộng nghệ đặt ra ta phải
tiến hành phân tích kỹ những tính năng cũng nh nhữngđặc tính kỹ thuật của
cơ cấu sản xuất và đặc điểm truyền động của từng phơng án tơng ứng với
mỗi loại động cơ nhất định từ đó có quyết định lựa chọn đợc phơng án truyền
động phù hợp với yêu cầu đặt ra về mặt kỹ thuật cũng nh tối u về mặt kinh
tế.
I. Đặc điểm chuyển động quay chi tiết máy mài tròn.
Trong truyền động máy mài tròn thì truyền động quay chi tiết có những
đặc điểm sau:
_ Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu khoảng (8 ữ 25)/1.
_ Khi mở máy có tải: Mômen mở máy có thể bằng (150 ữ 200)%
momen định mức.
_ Momen quán tính của hệ thống có thể lớn gấp 7 ữ 8 lần momen định
mức của roto động cơ.
Trong thiết kế lựa chọn phơng án sử dụng một động cơ để truyền lực cho
một cơ cấu sản xuất thì một trong các yêu cầu là đặc tính cơ của động cơ
càng gần đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất thì càng tốt vì động cơ sẽ đáp ứng
tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi momen cản thay đổi.
Trong truyền động, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất đợc khái quát bằng
biểu thức kinh nghiệm sau:
k
M c = M co + ( M cdm - M co )(
)

m
Trong đó:
Mc-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở

một tốc độ nào đó.
Mco-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở
tốc độ =0
Mcđm-Mômen cản của cơ cấu sản xuất ở
tốc độ =đm


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
k- Số mũ đặc trng cho phụ tải, k
Với cơ cấu ăn dao trong truyền động của máy mài thì hệ số tải k = 0, do
đó phơng trình đặc tính cơ đợc viết nh sau:
Mc = Mcđm = const
Nh vậy căn cứ vào đặc điểm trên trong truyền động quay chi tiết máy mài
thì động cơ đợc sử dụng là động cơ điện một chiều.Xét về về phơng diện
điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều tỏ ra có rất nhiều u việt so với các
động cơ khác thứ nhất đó là sự đơn giản trong thiết kế về cấu trúc mạch lực,
mạch điều khiển, thứ nữa đó là độ chính xác và chất lợng điều khiển có thể
đạt đợc rất cao và giá thành có thể chấp nhận đợc.
Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều theo hai vùng
Từ đặc điểm cấu tạo của động cơ điện một chiều, thực tế hiện nay phổ
biến có 2 phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều đó là:
1) Điều chỉnh kế tiếp
đổi.

Trong vùng < 0 thì điều chỉnh điện áp trong khi giữ từ thông không

Trong vùng > 0 thì điều chỉnh từ thông trong khi giữ điện áp không
đổi.
Cách nay đợc sử dụng rộng rãi trong các máy CNC gia công cắt gọt kim
loại .

Hình vẽ sau mô tả hai quá trình trên:
2) Điều chỉnh đồng thời

Điều chỉnh đồng thời cả điện áp lẫn từ thông trong khi dòng điện đợc giữ
không đổi . Quá trình nay đòi hỏi điều khiển rất khó khăn nhng bù lại có một
u điểm rất lớn dòng điện đợc giữ không đổi nên mômen ổn định.
Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, tính chất của quá trình công nghệ mà
ta có thể chọn một trong hai phơng pháp nêu trên.Về cấu trúc mạch lực của


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bao giờ cũng cần
có bộ biến đổi, bộ biến đổi có chức năng điều chỉnh điện áp cấp cho phần
ứng động cơ hoặc mạch kích từ tuỳ thuộc và phơng pháp điều khiển.Cho đến
nay trong công nghiệp sử dụng 4 loại bộ biến đổi chính:
_ Bộ biến đổi máy điện gồm:Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy điện khuếch đại(MĐKĐ).
_ Bộ biến đổi điện từ:Khuếch đại từ(KĐT).
_ Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn:Chỉnh lu thysistor(CLT).
_ Bộ biến đổi xung áp một chiều:thysistor hoặc transistor(BBĐXA)
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động nh:
_ Hệ truyền động máy phát-động cơ(F-Đ).
_ Hệ truyền động máy điện khuếch đại-động cơ(MĐKĐ-Đ).
_ Hệ truyền động khuếch đại từ-động cơ(KĐT-Đ).
_ Hệ truyền động chỉnh lu thysistor- động cơ(T-Đ).
_ Hệ truyền động xung áp-động cơ(XA-Đ).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều có loại điều khiển theo mạch kín(ta có hệ truyền động
điều chỉnh tự động) và có loại điều khiển theo mạch hở(hệ truyền động điều
khiển hở). Hệ truyền động điều chỉnh tự động có cấu trúc phức tạp, nhng

có chất lợng điều chỉnh cao và dải điều chỉnh rộng so với hệ điều chỉnh hở.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều còn 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 một góc phần t, hai góc phần t và 4 góc phần t.
II.Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
1) Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng.
Trong phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, bộ biến đổi
cung cấp điện áp cho mạch phần ứng.Vì nguồn có công suất hữu hạn nên các
bộ biến đổi có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không.
Hình 2-2 là sơ độ thay thế nguyên lý
điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ điện
một chiều, trong đó thành phần Eb(Uđk) đợc
tạo ra bởi bộ biến đổi và phụ thuộc vào Uđk.
Trong chế độ xác lập ta có các phơng E b (U dk )
trình đặc tính nh sau:
E b - E ư = I ư (R b + R ư )

=

R + Rư
Eb
- b
Iư
k m
k m

Rb

R

I

d

U

Hình 2-2.Sơ đồ điều chỉnh điện
áp phần ứng động cơ điện MC

E


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

= o ( U k ) -

M


M ( k dm ) 2
=
=
R b + R

* Nhận xét :
1.Vì từ thông động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng đợc giữ không đổi, còn tốc độ không tải tuỳ thuộc vào điện áp U đk của hệ
thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này có độ cứngđạt đợc rất tối
u.
2.Từ các phơng trình trên ta có thể tính đợc phạm vi điều chỉnh tốc độ của
phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, giữ từ thông không đổi.

0 max .
D=

M dm
k 1

1

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị 0max,Mđm,kM là xác định vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào độ cứng .Khi điều chỉnh
điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều khiển thì tổng trở
mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ, do đó có thể
tính sơ bộ đợc.
0max.||.Mđm 10
Vì thế với tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh
tốc độ không vợt quá 10.Do vậy với hệ truyền động đòi hỏi phạm vi điều
chỉnh tốc độ lớn thì ta không thể sử dụng các hệ thống hở nh trên.
2) Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ
Khi thực hiện điều chỉnh tốc độ theo nguyên lý điều chỉnh từ thông động
cơ tức là ta điều chỉnh dòng điện kích từ của động cơ và trong trờng hợp này
điện áp phần ứng đợc giữ không đổi, điều chỉnh dòng kích từ tức là điều
chỉnh momen điện từ động cơ M = KI và sức điện động quay của động cơ
E =k.Ta có phơng trình

ek
d
ik =
+ k
rk + rb
dt

max
Trong đó:
rk-điện trở dây quấn kích từ.
rb-điện trở nguồn điện áp kích thích.
-số vòng dây của cuộn dây kích thích,
Trong chế độ xác lập thì:
Đặc tính cơ bản

M dm
Hình 2-4.Đặc tính cơ khi
điều chỉnh từ thông

M


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
ik =

ek
;
rb + rk

= f [i k ] .

* Nhận xét :
1.Với phơng pháp điều chỉnh từ thông động cơ thì cho ta có thể thay đổi
đợc tốc độ không tải với đặc tính thấp nhất là đặc tính cơ bản(đặc tính cơ tự
nhiên), tuy nhiên tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị hạn chế bởi khả năng
chuyển mạch của cổ góp.
2.Khi điều chỉnh giảm từ thông để mở rộng vùng điều chỉnh tốc độ thì ta

thấy độ cứng của đặc tính cơ giảm rõ rệt, do vậy với những cơ cấu yêu cầu
độ cứng điều chỉnh cao thì phơng pháp này gặp phải khó khăn.
* Kết luận :
Căn cứ vào đặc điểm truyền động quay chi tiết máy mài tròn, căn cứ vào
phơng pháp truyền động yêu cầu, căn cứ vào động cơ sử dụng cho truyền
động và các tính chất của các phơng pháp điều chỉnh tốc độ, để thiết kế hệ
truyền động cho động có quay chi tiết máy mài tròn ở đây ta sử dụng động
cơ một chiều điều chỉnh điện áp phần ứng giữ từ thông không đổi .
Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ
từ thông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:
_ Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
_ Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một
chiều ( Hệ T-Đ).
_ Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
Trong truyền động chi tiết máy mài không ai sử dụng F-D làm hệ truyền
động do phừc tạp gây ồn giá thanh lắp đặt cao .hệ F-D dùng cho hệ công suất
khá lớn dải đièu chỉnh rộng đòi hỏi yeu cầu cao. Điều chỉnh xung áp mômen
tới hạn lớn làm việc nhịp nhàng ở góc nhần t thứ 1 ,3 rất phù hợp cho cơ cấu
nâng hạ . Hiệu suất sẽ rất nhỏ khi dải điều chỉnh lớn,an toàn tin cậy kém tồn
tại trong sách vở nhiều hởn trong thực tế . Không nên sử dụng trong truyền
động quay chi tiết máy mài có dải điều chinh rất lớn.Cũng có thể sử dụng
biến tần trong hệ truyền đọnh này. Nhng đối với hệ công suất nhỏ này sử
dụng chỉnh lu T-D đơn giản hiệu quả tin cậy hơn cả . ở đây theo yêu cầu
thiết kế ta nên sử dụng phơng pháp chỉnh lu điều khiển thyristor-động cơ một
chiều.
Quyết định sử dụng hệ truyền động T-Đ không đảo chiều điều khiển
máy mài theo nguyên tắc điều khiển điện áp phần ứng động cơ điện .Điều
này rất thuận tiện trong các truyền động có mô men tải không đổi .
3) Hệ thống chỉnh lu-động cơ điện một chiều
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc

lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ
biến đổi chỉnh lu dùng thyristor.
a)Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Hệ truyền động T_Đ tuỳ theo công việc cụ thể của truyền động mà có thể
dùng các sơ đồ cụ thể thích hợp. Ngời ta phân biệt chúng căn cứ vào dấu
hiệu sau:
_ Số pha
_ Sơ đồ nối
_ Số nhịp
_ Khoảng điều chỉnh
_ Chế độ làm việc
_ Tính chất dòng tải
Đối với hệ truyền động trong thiết kế này do không yêu cầu đảo chiều
đồng thời công suất toàn hệ là nhỏ nên đặc tính cơ của hệ có những chú ý
sau.
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu thyristor.
Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm
việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất của
tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ (L-R)
hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên tục:
E cos
R
= do

M

k dm
( k dm ) 2
2

Độ cứng của đặc tính cơ là = k dm trong đó R là tổng trở toàn mạch
R
phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R và điện trở các phần tử
trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào góc điều khiển :
E cos
. o = do
k dm
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởng này chỉ là giao điểm cảu trục tung với
đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián
đoạn, tốc độ không tải lý tởng của đặc tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này
nh trên hình 4-3 khi điều chỉnh ở vùng dới tốc độ định
mức. Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm
hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợng chuyển mạch
giữa các thyristor. Góc điều khiển càng lớn thì điện
áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc
tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản M c, tốc độ
động cơ sẽ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ do
góc điều chỉ lớn các đặc tính cơ có độ dốc lớn (phần
nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện
gián đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh

M

Hình 2-6.Đặc tính cơ của
hệ truyền động T-Đ


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp
nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián
đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đờng ellip
với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:
ILe
E
(
)2 + (
)2 = 1
p



U 2 m sin
U 2 m sin cos

p
p
p
Về bản chất chế độ dòng điện gián đoạn xảy ra do năng lợng điện tích luỹ
trong mạch không đủ lớn để du trì tính chất liên tục của dòng điện khi nó
giảm lúc này góc dẫn của van sẽ nhỏ hơn 2/p ( p là số xung trong 1 chu
kì) .Trong trờng hợp giữ nguyên góc điều khiển nếu tốc độ quay còn quá

cao sức điện động luc này lớn góc dẫn sẽ tự động giảm làm quá trình gián
đoạn tăng. Tại thời điểm dòng điện I = 0 mô men điện từ động cơ M = 0 là
giảm tốc động cơ. Tốc độ giảm đồng nghĩa với việc E giảm góc dẫn tự
động tăng làm giảm quá trình gián đoạn trong mạch .Vì lý do đó mà đặc tính
cơ của hệ T-Đ rất dốc trong vùng dòng điện gián đoạn .
Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta
tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p. Song khi tăng số xung p thì
mạch lực chỉnh lu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức
tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời
gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống. Biên giới này đợc mô tả bởi đờng cong nét đứt trên hình 4-3.
b. Đặc điểm của hệ T-Đ:
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là điều chỉnh tốc độ êm, phạm vi điều
chỉnh lớn, có thể mở máy và hãm máy liên tục ở dải công suất trung bình,
ngoài ra nó còn có độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự động hoá
do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó rất thuận
tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng
cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Hệ thống
T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin
cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhợc điểm chủ yêu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn là phần tử phi
tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện
áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là
thấp nhất là khi điều chỉnh sâu

Chơng III
Thiết kế mạch lực
I) Tính chọn công suất động cơ

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
1) Các thông số động cơ
Theo yêu cầu kỹ thuật của đề bài ta phải thiết kế hệ truyền động với động
cơ có các thông số kỹ thuật sau:
_ Mômen cực đại (Mmax):
35[Nm]
_ Tốc độ quay chi tiết (n):
100 ữ1000 [Vòng/phút]
_ Tỷ số truyền (i):
3
_ Hiệu suất ():
0,7
_ Mômen quán tính cơ cấu (J):
0,007 [kgm2]
2) Tính chọn công suất động cơ
a)Tính chọn công suất
Trong một hệ thống truyền động thì thành phần quan trọng nhất là động
cơ truyền động, nó là nguồn động lực cho hệ thống, chất lợng làm việc của
hệ thống cả về mặt kinh tế và kỹ thuật phụ thuộc rất mạch mẽ vào động cơ đợc chọn truyền động và nhiều khi nó còn ảnh hởng đến sự hoạt động chung
của các hệ thống khác.Động cơ đợc chọn phải yêu cầu đáp ứng đợc các chỉ
tiêu kỹ thuật sau:
_ Động cơ phải có đủ công suất để có thể thực hiện đợc yêu cầu của
truyền động.
_ Có tốc độ, phạm vi điều chỉnh tốc độ phù hợp yêu cầu với một phơng án
truyền động tơng ứng.
_ Thoả mãn các yêu cầu về mở máy và hãm động cơ.
Ngoài ra còn một số yêu cầu khác nh phù hợp với nguồn điện năng tiêu
thụ cũng nh thích hợp với điều kiện làm việc, tính gọn nhẹ trong sử dụng
v.v...
Theo số liệu đầu bài, ta có:

_ Tốc độ lớn nhất cho phép:
nmax = i.nctmax = 3.1000 = 3000(vòng/ph).
Do đó max = 314(rad / s)
_ Tốc độ nhỏ nhất cho phép:
nmin = i.nctmin = 3.100 = 300(vòng/phút).
Do đó min = 31,4(rad / s)
_ Dải điều chỉnh tốc độ: D =

max nmax 3000
=
=
=10 : 1
min nmin
100

Hiệu suất = 0,7.
Ta tính đợc công suất động cơ
35.1000

Pdc = (Mctmax. ctmax)/ = 9,55.0,7.1000 = 5,24 (kW)
Nh trình bày ở chơng 2 để thực hiện truyền động ta sử dụng động cơ một
chiều kích từ độc lập, do vậy động cơ đợc chọn phải có công suất đáp ứng đợc yêu cầu truyền động với công suất 5,24 (k W). Căn cứ vào số liều đó ta
chọn đợc động cơ điện một chiều kiểu H205, điện áp 220(V),vỏ bảo vệ, có


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
chế độ làm việc dài hạn, phạm vi điều chỉnh tốc độ 1:3 do Liên Xô chế tạo,
có các thông số kỹ thuật sau:
Loại
H

205

Pđm
[kW]
6,5

ndm
[v/ph]
3000

Idm
[A]

R+rcp
[]

Rcks
[]

dm
[mVb]

37,5

0,58

120

10,2

Iktdm
[A]
1,48

J
[kgm2]

2p

0,95

4

b)Tính toán các thông số của động cơ
1. Điện cảm phần ứng:
L = kL.

U dm
220
= 5,6.
= 0,0055(H) = 5,5 (mH)
I dm . p.ndm
37,5.2.3000

trong đó
kL là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và k L= 1,4ữ1,9 đối
với máy có bù;
p là số đôi cực,2p = 4
2. Từ đặc tính cơ ta rút ra đợc :
U dm I dm .R 220 37,5.0,58

=
=
2. .3000
kđm =
ưưdm
0,63
60
L
0,0055
= 0,0095(s)
4. Hằng số thời gian mạch phần ứng: T = ư =
R
0,58

5. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
=

Uư
R
220
0,58

M =

M = 349,2 - 1,46.M
2
k (k)
0,63 (0,63) 2

6. Phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

=

U
R
220 0,58

I=

I = 349,2 0,92.I
k k
0,63 0,63

II)Thiết kế mạch lực
1)Giới thiệu các sơ đồ chỉnh lu.
Bộ chỉnh lu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều để ứng
dụng cho các phụ tải yêu cầu sử dụng nguồn một chiều.Tuy nhiên chất lợng
điện áp sau khi chỉnh lu không đợc tốt nh điện áp của ácquy mà có độ đập
mạch do ảnh hởng của sóng hài điện áp. Chất lợng đầu ra của bộ chỉnh lu
phụ thuộc rất nhiều vào sơ đồ chỉnh lu. Hiện nay khoa học kỹ thuật phát triển
mạnh mẽ đã cho phép sử dụng các thiết bị điện tử công suet vào việc điều
chỉnh truyền động điện. Trong đó, đối với động cơ điện một chiều, ngời ta sử
dụng các loại sơ đồ chỉnh lu sau:
Sơ đồ chỉnh lu một pha nửa chu kỳ.
Sơ đồ chỉnh lu hai pha nửa chu kỳ.
Sơ đồ chỉnh lu ba pha hình tia.


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn...
Công suất hệ truyền động là là trung bình nên sơ đồ chỉnh lu 3 pha là phù

hợp nhất đối với hệ truyền động máy mài có công suất tính toán tới 6,5(kW).
2)Tính toán mạch lực
Các thông số của động cơ đã chọn ở trên
Pđc = 6,5(kW);
Uđm = 220(V);
Iđm = 37,5(A);
ư= 0,79;
Hệ số tiếp điện = 100%
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 1000 : 100 = 10:1
1)Tính chọn thyristor
Trớc hết chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ
diện tích tỏa nhiệt, có quạt đối lu không khí. Việc chọn thyristor dựa vào các
thông số cơ bản là dòng tải, điện áp làm việc của van, và điện áp ngợc đặt lên
2 cực của van
Điện áp ngợc lớn nhất mà thyristor phải chịu :
U

Unmax = knv .U2 = knv . d = * 220 =230,3 (V);
k tt 3
Trong đó :
knv -hệ số điện áp nguồn knv = 6
ktt - hệ số điện áp tải ktt = 3 6

Điện áp ngợc van cần chọn :
Unv = Kdtu.Unmax = 1,8.230,3 = 414,54 (V)
Trong đó Kdtu là hệ số dự trữ điện áp , chọn Kdtu = 1,8.
Dòng điện làm việc của van tính theo dòng hiệu dụng :
I
37,5
Ilv = d =

= 21,65(A)
3
3
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích
toả nhiệt: Không có đối lu không khí, với điều kiện đó dòng định mức của
van cần chọn:
Iđm = Ki.Ilv = 3,2.21,65 = 69,28(A);
Trong đó Ki là hệ số dự trữ dòng điện, chọn Ki = 3,2.
Trên cơ sở tính đợc Unv, Iđmv ta chọn 6 tiristor loại HTS80/06UG1 có các
thông số sau :
Điện áp ngợc cực đại của van (max): Un = 600 (V)
Dòng điện định mức của van (max): Iđm = 80(A)
Đỉnh xung dòng điện
(max): Ipik = 1300 (A)
Dòng điện của xung điều khiển (max): Iđk = 0,15 (A)


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Điện áp của xung điều khiển (max): Uđk = 3 (V)
Dòng điện rò
(max) : Ir = 10 (mA)
Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là : U = 2,13 (V)
dU
Tốc độ biến thiên điện áp
:
= 200 (V/às)
dt
Thời gian chuyển mạch
: tcm = 20 (às)
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép :Tmax = 125 oC

2)Tính toán sơ bộ MBA chỉnh lu
Sơ đồ đợc biểu diễn trên hình dới đây :


§å ¸n tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

§C
?

a.TÝnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Chọn MBA 3 pha, 3 trụ sơ đồ đấu dây Y/Y làm mát bằng không khí tự nhiên
- Điện áp pha sơ cấp MBA:U1 = 220(V)
- Điện áp pha thứ cấp MBA
Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải
Udocosmin=Ud + 2 U v + U dn + U ba
min=10 0 là góc dự trữ khi có suy giảm diện áp lới
Uv = 2,13(V):sụt áp trên van
Udn=0: sụt áp trên dây nối
Uba = U r + U x sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA
Chọn sơ bộ :
Uba=6%.220 =13,2(V)
Thay số ta có :
Ud0 =

U d + 2U v + U ba 220 + 2.2,13 + 0 + 13,2
=
= 241,12(V )

cos min
cos 10 0

Điện áp pha thứ cấp MBA
U2 =

U d0
Ku

Ku- hệ số điện áp của sơ đồ
U2 =

241,12
= 103,1(V )
3 6 /

- Công suất tối đa của tải
Pdmax = Ud0.Id = 241,12.37,5 = 9042(W)
- Công suất biến áp nguồn đợc tính
Sba = Ks.Pdmax
Sba- Công suất biểu kiến MBA (VA)
Ks- Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực, Ks=1,05
Sba = 1,05.9042 = 9494,1(VA)
- Dòng điện hiệu dụng phía thứ cấp MBA.
I2=Khd.Id
Kld-Hệ số dòng điện hiệu dụng, Khd= 2
3

I2 =

2
.37,5 = 30,62( A)
3

- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA.
I1 = K ba .I 2 =

U2
103,1
.I 2 =
.30,62 = 14,35 (A).
U1
220

b.Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thớc bản mạch từ ).
-Tiết diện sơ bộ trụ
QFe=kq

S ba
m. f


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Kq - Hệ số phụ thuộc vào phơng thức luôn mát Kq = 6.
m - Số trụ của MBA , m=3
f - Tần số nguồn xoay chiều f = 50(hz)
Thay số:
Qfe= 6. 9494,1 = 47,73(cm 2 )
3.50

-Đờng kính của trụ

d = 4.QFe = 4.47,73 = 7,8(cm)




Chuẩn hoá đờng kính trụ theo tiêu chuẩn: d = 8 (cm).
Chọn loại thép 330 các lá thép có độ dày 0,5 (mm)
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1(T)
Chọn tỷ số m = h/d = 2,3 Suy ra h = 2,3.d = 2,3 . 8 = 18,4 (cm)
Vậy chọn chiều cao trụ 19 (cm)
c.Tính toán dây quấn.
- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA
W1=

U1
220
=
= 207,6 (vòng)
4,44 f .Q fe BT 4,44.50.47,73.10 4.1
Lấy W1= 208 (vòng)

- Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA.
U2
103,1
.W1 =
.208 = 97,5
U
220

1
W2=
(vòng). Lấy W2 = 98(vòng)

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA; với dây dẫn bằng đồng và loại
MBA khô J = (2 ữ 2,75) A/mm 2 , chọn J = 2,75 (A/mm2)
- Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA
I1 14,35
=
= 5,2(mm 2 )
S1= J1 2,75

Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện
theo tiêu chuẩn: S1 = 5,2(mm 2 ).
Kích thớc dây có kể cách điện : S1cd = a1.b1 = 1,3.4(mm2)
* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
J1=

I1 14,35
=
= 2,75( A / mm 2 )
S2
5,2

- Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA.
S2 =

I 2 30,62
=
= 11,14(mm 2 )

J2
2,75

Chọn dây tiết diện chữ nhật, cách điên cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo
tiêu chuẩn :S2 = 11,2(mm 2 )
Kích thớc dây có kể cách điện ; S2cd = a2.b2 = 2.5,6(mm2)
*Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp
J2 =

I 2 30,62
=
= 2,734( A / mm 2 )
S2
11,2


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

d.Kết cấu dây quấn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ
-Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
W11 =

h 2h g
b1

.k e

Trong đó
h- Chiều cao trụ, chọn chiều cao trụ h = 19(cm)

hg- Khoảng cách từ gồng đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ
hg=1,5cm
kc- Hệ số ép chặt; ke= 0,95
Thay số

19 2.1,5
.0,95 = 38 (vòng)
0,4

W11 =

-Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp
n11 =

W1 208
=
= 5,5 (lớp)
W11
38

Chọn số lớp n11 = 6 (lớp). Nh vậy chia thành 6 (lớp) mỗi lớp có 35 (vòng)
- Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp
W .b 35.0.4
h1 = 11 =
= 14,7(cm)
ke
0,95
Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày:
S01 = 0,1cm
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp:

a01 = 1,0cm
Đờng kính trong của ống cách điện :
Dt = dfe+2a01-2.s01 = 8 + 2.1 2.0,1 = 9,8(cm)
Đòng kính trong của cuộn sơ cấp
D11 = Dt +2. S01 = 9,8 +2.0,1 = 10(cm)
Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp :
cd11 = 0,1(mm)
Bề dày cuộn sơ cấp
Bd1= (a1+cd11.).n11 =( 1,3 + 0,1).5,5 = 7,7(mm)=0,77(cm)
Đờng kính ngoài của cuốn sơ cấp
Dn1= D11+2.Bd1 = 10 + 2.0,77 =11,54(cm)
Đờng kính trung bình của cuộn sơ cấp
Dtb1 =

D11 + Dn1 10 + 11,54
=
= 10,77(cm)
2
2

Chiều dài dây quấn sơ cấp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
l1 = W1. .Dtb = 208. .10,77 = 7037,7(cm) = 70,38(m)
Chọn bề dầy cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp: cdnl=1,0(cm)
e.Kết cấu dây quấn thứ cấp
-Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp
h1 = h2 = 14,7(cm)
-Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp

W22 =

h2
14,7
.k c =
.0,95 = 25 (vòng)
b2
0,56

-Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp
n12 =

W2 98
=
= 3,92 (lớp)
W22 25

Chọn số dây quấn thứ cấp n 12 = 4 (lớp). Chọn 2 lớp đầu có số vòng 25
vòng, còn 2 lớp thứ tiếp theo có 24 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp
h2 =

Wlc .b2 25.0,56
=
= 13,3(cm)
ke
0,95

Đờng kính trong của cuộn thứ cấp
Dt2= Dn1 + 2.a12 = 10,77 +2.1 = 12,77(cm)

Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp :cd22= 0,1(mm)
Bề dầy cuốn thứ cấp
Bd2= ( a2+cd22) .n12= (0,2 +0,01).1.4 =0,294(cm)
Đờng kính ngoài của cuộn thứ cấp
Dn2 =Dt2 + 2.Bd2 = 12,77 + 2.0,294 = 13,36(cm)
Đờng kính trung bình của cuộn thứ cấp
Dtb 2 =

Dt 2 + Dn 2 12,77 + 13,36
=
= 13,1(cm)
2
2

Chiều dài dây quấn thứ cấp ;


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
l2 = .W2.Dtb2 = .98.13,1= 4033(cm) = 40,33(m)
f.Tính các thông số của máy biến áp
- Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 75 0 C
R1 =

l1
70,38(m)
= 0,02133.
= 0,29)
S1
5,2(mm 2 )

= 0,02133(mm 2 / m)

-Điển trở cuộn thứ cấp ở 75 0 C
R2 =

l2
40,33(m)
= 0,02133.
= 0,077 ( )
S2
11,2( mm 2 )

-Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp
Rba = R2 + R1 .(

W2 2
98 2
) = 0,07 + 0,29.(
) = 0,14()
W1
208

-Sụt áp trên điện trở biến áp

U r = Rba .I 2 = 0,14.30,62 = 4,3(V )

-Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp
X ba = 8. 2 (W2 ) 2 .(

= 8. 2 .982.

B + Bd 2
r
).(a 12 + d 1
). .10 7
hqd
3

12,72 / 2
0,77 + 0,294 2
.(0,01 +
.10 ).314.10 7 = 0,154()
13,3
3

-Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp
Lba =

s

X ba 0,154
=
= 0,5.10 3 [H] = 0,5[mH]

314

U x =
Rdt =

3

3
. X ba .I 2 = .0,154.30,62 = 4,5(V )

.

3
3
. X ba = .0,154 = 0,147()



3)Thiết kế cuộn kháng lọc
*Xác định phạm vi góc điều khiển
- Chọn góc mở cực tiểu min = 10 0 với góc mở này là góc dự trữ ta có
thể bù đợc sự giảm điện áp lới
- Khi góc mở nhỏ nhất = min thì điện áp trên tải là max
U d max = U d 0 cos min = U ddm

tơng ứng với tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax=nđm
- Khi góc mở lớn nhất = max thì điện áp trên tải sẽ nhỏ nhất


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
U d min = U d 0 cos max

tơng ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất nmin
cos max =

U d min
U

max = arccos( d min )
U do
Ud0

Trong đó Udmin đợc xác định bằng biểu thức sau
D=

n max 10
=
nmin
1

nmax = Uđ đm IđmR
nmin = Uđ min IđmR

D=

U ddm I udm Ru
U + I udm Ru ( D 1)
U d min = ddm
U d min I udm Ru
D

R = Rba +Rdt = 0,14 + 0,147 = 0,287()
Thay số ta có

2,34U 2 cos min + I ddm Ru ( D 1)
D
2,34.103,1. cos 10 0 + 37,5.0,58(10 1)
U d min =

= 43,3(V )
10
U
43,3
max = arccos( d min ) = arccos(
) = 79,7 0
Ud0
2,34.103,1
U d min =

*.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc .

Ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao
càng lớn, có nghĩa là đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng lên. Sự đập
mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây ra tổn
hao phụ dới dạng nhiệt trong động cơ. Để hạn chế sự đập mạch này ta phải
mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để Im 0,1.I đm .
Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng lọc
còn có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn .
Điện kháng lọc còn đợc tính khi góc mở =max
Ta có
di
Ud+u~ = E+Ru.Id + Ru .i~ + L ~
dt
Cân bằng hai vế
di
di
di
U = R.i~ +L.
vì R.i~ << L.

nên U = L.
dt
dt
dt
Trong các thành phần xoay chiều bậc cao, thì thành phần sóng bậc k=1
có mức độ lớn nhất gần đúng ta có :
U~ = U1m.Sin(6 +) nên


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
U1m
1
Cos(6 + 1 ) = Im.Cos(6+1)
U ~ dt =

.2. . f .L
L
U1m
Vậy Im =
0,1. Iđm
6.2. . f .L
Suy ra
I=

L

U 1m
6.2. . f .0,1.I dm

= 6 là số xung đập mạch trong một chu kì điện áp .

Trong đó
U cos
U1m = 2. do 2 max 1 + 6 2 tg 2 max
6 1
0
U1m = 2. 2,34.103,1. cos 79,7 1 + 36tg 2 79,7 o = 81,4(V)

36 1

Thay số :
L=

81,4
= 0,023= 23(mH)
6.2.50. .0,1.37,5

Điện cảm mạch phần ứng đã có :
Lc = L+ 2.LBA = 5,5 + 2.0,5= 6,5(mH)
Điện cảm cuộn kháng lọc .
Lk = L - Lc = 23-6,5 = 16,5 (mH)

4)Chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực
a)Sơ đồ mạch lực có các thiết bị bảo vệ
Sơ đồ mạch động lực với đầy đủ bảo vệ nh hình trên
b)Mạch RC mắc song song với Thyristor,bảo vệ quá điện áp cho van
Để bảo vệ van ta dùng mạch RC đấu song song với van nhằm bảo vệ quá
áp do tích tụ điện khi chuyển mạch gây nên.
Các thiết bị bán dẫn nói chung cũng nh Tiristor rất nhạy cảm với điện áp và
tốc độ biến thiên điện áp (

du
) đặt lên nó .
dt

Các nguyên nhân gây nên quá áp thì chia thành hai loại :
- Nguyên nhân bên ngoài : Do cắt đột ngột mạch điện cảm,do biến đổi đột
ngột cực tính của nguồn, khi cầu chảy bảo vệ đứt hoặc khi có sấm sét.
- Nguyên nhân bên trong ( nội tại ) : Khi van chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khoá, do sự phân bố không đều điện áp trong các van mắc nối tiếp.


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
ở đây ta quan tâm đến việc bảo vệ quá điện áp do các nguyên nhân bên
trong gây ra.
Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất hiện dòng điện ngợc
chảy qua mỗi van khi nó chuyênr từ trạng thái mở sang trạng thái khoá.
Dòng điện ngợc này suy giảm rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá điện áp

U qda = L

di
dt

Để khắc phục hiện tợng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhng do
mạch đã có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song
nh hình vẽ.
Khi van khóa dòng điện ngợc sẽ chuyển từ van sang mạch bảo vệ.
Nguyên nhân quá điện áp trên van là do sự suất hiện dòng điện ngợc chảy
qua mỗi van khi nó chuyênr từ trạng thái mở sang trạng thái khoá. Dòng điện
ngợc này suy giảm rất nhanh do vậy sẽ suất hiện sự quá điện áp

U qda = L

di
dt

Để khắc phục hiện tợng quá điện áp này ta dùng mạch R-L-C nhng do
mạch đã có tính chất điện cảm nên ta chỉ cần dùng mạch R-C đấu song song
nh hình vẽ.
Khi van khóa dòng điện ngợc sẽ chuyển từ van sang mạch bảo vệ.
Không cần tính điện cảm do điện cảm Lck và điện cảm phần ứng máy điện.
Tụ điện C và điện trở R tính theo caterlo hoặc chọn theo công thức kinh
nghiệm nh sau : C=0,01ữ1àF;R=10ữ1000;
Vậy chọn C=0,2àF;R=47 .
c) Bảo vệ quá dòng cho van, ta dùng dây chảy mắc nối tiếp với van
5) Mạch biến đổi nguồn cấp cho mạch kích từ động cơ
Ta dùng sơ đồ cầu 3 pha Điôt nh sau:


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
Từ loại động cơ, ta có Iktđm = 1,48(A) và Rcks = 120(). Ta có điện áp ra mạch
chỉnh lu:
Ud = Ud0 = IktđmRcks = 1,48.120 = 177,6(V).

Uv0 = Ud/1,35 = 177,6/1,35 Uv0 131,56(V).
* Tính chọn biến áp nguồn cấp cho mạch kích từ BAKT:
BAKT đấu theo kiểu /Y. Điện áp lới UL = 380V.

U
Tỷ số biến áp: kBAKT = U

380
= 131,56 5
3

l

vo

3
Dòng hiệu dụng thứ cấp BAKT:
I2 = 2 Id =

3

2 .1,48 1,21(A)
3

dòng hiệu dụng sơ cấp BAKT:
I1 =

Hình 9

1
I2 = 1 .1,21 0,24(A)
K BAN
5

Công suất định mức BAKT:
SBAKT = 1,05Ud0Idđm = 1,05.177,6.1,48 = 276(VA)

Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có Sđm = 300(VA).
* Tính chọn các Điôt trong mạch chỉnh lu:
Dòng trung bình qua mỗi Điôt:
ID = 1 Idđm = 1 .1,48 = 0,49(A).

3

3

Điện áp ngợc cực đại mỗi Điôt phải chịu:
Ungmax = 2 Uv0 = 2 .131,56 186,1(V).
Chọn hệ số dự trữ về điện áp và dòng điện của các Điôt là:
Ku = 1,6 và Ki = 1,5
Vậy Điôt phải chịu đợc điện áp ngợc cực đại = 1,6.186,1 297,76(V),
phải chịu đợc dòng trung bình khi dẫn = 1,5.0,49 = 0,735(A),
và phải chịu đợc dòng cực đại khi dẫn = 1,5.0,49 = 0,735(A),
Vậy ta chọn đợc loại Điôt dùng cho bộ chỉnh lu cấp nguồn cho mạch kích từ
của động cơ:
Loại
Itb(A)
1N2282 20

Uiv(V)
300

U(V)
1,5

Tốc độ quạt

Tốc độ nớc