Thiết kế nâng cấp truyền động quay chi tiết máy mài tròn

MỤC LỤC


Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Các loại máy cắt gọt kim loại là đặc trưng cho ngành cơ khí chế tạo máy, gia
công kim loại… Nó đóng một vai trò to lớn trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế, cơ
khí hóa có liên quan chặt chẽ tới điện khí hóa và tự động hóa. Dưới tác động của khoa
học kỹ thuật hiện đại với các loại máy móc nói chung, đối với các loại máy cắt gọt kim
loại nói riêng ngày càng được cho phép đơn giản hơn về kết cấu cơ khí của máy và giảm
nhẹ cường độ lao động. Máy cắt gọt kim loại được 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 với yêu cầu (gia công thô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính
xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh).
Nội dung của đồ án này em xin trình bày về “Thiết kế nâng cấp truyền động quay
chi tiết máy mài tròn”. Đây là máy gia công kim loại rất thông dụng trong sản xuất công
nghiệp hiện nay. Trong quá trình làm đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất nhiệt tình
của cô Nguyễn Thị Liên Anh, giúp em có thể hoàn thành đồ án của mình. Tuy nhiên do
còn những hạn chế về kiến thức lý thuyết và thực tiễn nên đồ án của em không tránh khỏi
những sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để đồ án của em được
hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 27/05/2016
Sinh viên

Nguyễn Hồng Đức

2

Chương 1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của máy mài tròn

Chương 1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của
máy mài tròn
1.1.
1.1.1.

Khái niệm chung về máy cắt kim loại
Khái niệm chung

Máy cắt kim loại được dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt hớt các
lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công
thô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước
và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh).
1.1.2.
-

-

1.1.3.

Phân loại máy cắt kim loại
Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao,
đặt tính chuyển động…, các máy cắt được chia thành các máy cơ bản: tiện, phay,
bào, khoan – doa, mài và các nhóm máy khác như gia công rang, ren vít,…
Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyên
dùng và đặc biệt.
Theo kích thước và trọng lượng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt kim
loại thành các máy bình thường, máy cỡ lớn, các máy cỡ nặng và các máy rất
nặng.

Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thường,
cao và rất cao.
Các cuyển động trên máy cắt kim loại

Trên máy cắt kim loại có hai loại chuyển động chủ yếu: chuyển động cơ bản và
chuyển động phụ.
Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để đảm bảo
quá trình cắt gọt. Chuyển động này lại chia ra: chuyển động chính và chuyển động ăn
dao. Các chuyển động chính, ăn dao có thể là chuyển động quay hoặc chuyển chuyển
động tịnh tiến của dao hoặc phôi.
Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động đưa dao cắt ăn vào chi
tiết.
- Chuyển động ăn dao là các chuyển động xê dịch của lưỡi dao hoặc phôi để tạo ra
một lớp phoi mới.
-

Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình
cắt gọt, cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy… Ví dụ: di chuyển thanh dao
hoặc phôi, nâng hạ xà của máy bào giường,…

3


Chương 1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của máy mài tròn

Đặc điểm công nghệ máy mài tròn

1.2.

Máy mài có hai loại chính: máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra còn có các

loại máy khác như: máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng…
Thường trên máy mài có ụ chi tiết hoặc bàn để kẹp chi tiết và ụ đá mài, trên đó có trục
chính với đá mài. Cả hai ụ đều đặt trên bệ máy.

Hình 1.1. Sơ đồ phân loại máy mài công nghiệp.
Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong. Trên máy
mài tròn có các loại chuyển động sau:
-

Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài.

-

Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục)
hoặc di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang trục (ăn dao ngang) hoặc chuyển động
quay của chi tiết (ăn dao vòng).

-

Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của ụ đá hoặc chi tiết…

Hình 1.2. Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn.

4


Chương 1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động của máy mài tròn
1.3.
1.3.1.

Đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài tròn
Truyền động chính

Thông thường máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ không
đồng bộ rô to lồng sóc. Ở các máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt là không đổi khi
mòn đá hay kích thước chi tiết gia công thay đổi, thường sử dụng truyền động động cơ có
phạm vi điều chỉnh tốc độ là D = (2 ÷ 4)/1 với công suất không đổi.
Ở máy mài trung bình và nhỏ v = (50 ÷ 80) m/s nên đá mài có đường kính lớn thì
tốc độ quay đá khoảng 1000 vg/ph. Ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ đá rất cao,
động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt, đá mài gắn trên trục động cơ, động cơ có
tốc độ (24000 ÷ 48000) vg/ph, hoặc có thể lên tới (150000 ÷ 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).
1.3.2.

Truyền động ăn dao

Ở máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp
tốc độ (điều chỉnh số đôi cực p) với D = (2 ÷ 4)/1. Ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ
biến đổi – động cơ điện một chiều (BBĐ – ĐM), hệ KĐT – ĐM có 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 D = (20 ÷ 25)/1.
Truyền động ăn dao ngang sử dụng thủy lực.
1.3.3.

Truyền động phụ

Truyền động phụ của máy mài tròn sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc

5


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Chương 2. Thiết kế mạch động lực
2.1. Phân tích đặc tính và nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
2.1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 2.1. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt:
-

Phần cảm (phần tĩnh): gồm các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông Φ.
Phần ứng (phần quay): nối với điện áp lưới qua vành góp và chổi than.

Tác động giữa từ thông Φ và dòng điện phần ứng I ư tạo nên momen quay của động
cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông Φ tạo nên sức điện động
Eư.
Đặc điểm của động cơ điện một chiều:
-

Ưu điểm: động cơ điện một chiều có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện

trong những trường hợp khác nhau. Ưu điểm nổi bật nhất của nó là điều chỉnh tốc
độ dễ dàng với khả năng chịu quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng. Cấu trúc mạch lực,
mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời đạt chất lượng cao hơn động cơ đồng bộ.
- Nhược điểm: hoạt động kém tin cậy vì thường hư hỏng trong quá trình vận hành
nên cần bảo dưỡng thường xuyên. Ngoài ra tia lửa điện phát sinh trên cổ góc chổi
than gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ.

6


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

2.1.2. Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Đặc tính của động cơ điện một chiều gồm có đặc tính cơ và đặc tính cơ điện.

Hình 2.2. Sơ đồ thay thế của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp:
Với
Trong đó:

– điện trở cuộn dây phần ứng, (Ω).
– điện trở cuộn cực từ phụ, (Ω).
– điện trở cuộn bù, (Ω).
– điện trở tiếp xúc giữa chổi điện và phiến góp, (Ω).

Sức điện động của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
(2-1)
Với

: từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
: tốc độ góc, (rad/s)
: hệ số cấu tạo của động cơ

Trong đó:

p – số đôi cực từ chính

N – số thanh dẫn tác của cuộn dây phần ứng dưới một mặt cực từ
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút):
(2-2)
Với suy ra

Từ (2-1) và (2-2) ta có:
(2-3)

7


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Phương trình (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ
độc lập.
Mặt khác momen điện từ của động cơ được xác định:

=>
Thay vào (2-3) ta có:
Bỏ qua tổn thất cơ thì momen cơ trên trục động cơ bằng momen điện:

=>

(2-4)

Phương trình (2-4) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
2.1.3. Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ

Phương trình đặc tính cơ:
 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng ()

Giả sử và .
Muốn thay đổi điện trở phần ứng ta nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Độ cứng của đặc tính cơ:
Khi càng lớn thì |β| càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Với thì đặc tính cơ tự
nhiên .
Ứng với phụ tải khi càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dòng khởi
động và momen mở cùng giảm. Phương pháp này thường sử dụng để hạn chế dòng khởi
động và điều khiển tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng ()

Giả sử và điện trở phụ .
Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với :
Tốc độ động cơ khi không tải: .
Khi giảm thì cũng giảm theo.

8


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Vậy khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì momen mở máy và dòng khởi động động
cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm.
 Ảnh hưởng của từ thông Φ

Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ .
Khi từ thông thay đổi thì:

Dòng điện ngắn mạch: không đổi.
Momen mở máy: thay đổi.
Vậy khi từ thông giảm thì độ cứng đặc tính cơ giảm đi.
2.1.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
Hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là:
-

Điều chỉnh điện áp 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. Có 4 loại bộ biến đổi chính thường được sử dụng:
-

Bộ biến đổi máy điện: gồm động cơ sơ cấp kéo máy phát điện một chiều hoặc máy

điện khuếch đại (MĐKĐ).
- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT).
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: thyristor (CLT).
- Bộ biến đổi xung áp một chiều: thyristor hoặc transistor (BBĐXA).
Tương ứng ta có các hệ truyền động:


Hệ truyền động máy phát – động cơ (F – Đ).
Hệ truyền động khuếch đại từ – động cơ (KĐT – Đ).
Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor – động cơ (T – Đ).
Hệ truyền động xung áp – động cơ (XA – Đ).
Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng:

Để điều chỉnh điệp áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như máy

phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển… Các thiết bị nguồn
này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành một chiều có sức điện động điều
chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển . Vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ
nên các bộ biến đổi này có điện trở trong khác không.

9


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Hình 2.3. Sơ điều khối nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không
đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển của hệ
thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là ưu việt.
Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị chặn
bởi đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và từ thông cũng được giữ ở giá trị định
mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về
momen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

Để thỏa mãn khả năng quá tải, đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có
momen khởi động là:

Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị , , là xác định, vì vậy phạm vi điều chỉnh
D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng động
cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần
điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ được:

Vì thế tải có đặc tính momen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ cũng
không vượt quá 10.

10


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Hình 2.4. Đồ thị quan hệ giữa moman tải và tốc độ.
Đồ thị hình 2.4 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường
hợp đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng động
cơ là rất thích hợp trong trường hợp momen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.
Cũng thấy rằng không nên nối them điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy sẽ làm
giảm đáng kể hiệu suất của hệ.

2.2. Nguyên lý điều khiển hệ chỉnh lưu – động cơ (T – Đ)
Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển – động cơ một chiều, bộ biến đổi
là các mạch chỉnh lưu điều khiển có sức điện động phụ thuộc vào giá trị của pha xung
điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần
ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ.
2.2.1. Hệ chỉnh lưu thyristor
Hiện nay người ta sử dụng rộng rãi bộ biến đổi van điều khiển để biến đổi năng
lượng điện xoay chiều thành điện một chiều để cung cấp cho động cơ điện một chiều.
Tốc độ động cơ điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp chỉnh lưu, tức là thay đổi góc mở α
của thyristor.
Ưu điểm nổi bật của hệ truyền động T – Đ là tác động nhanh không gây ồn ào và
dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao. Điều đó rất thuận
tiện cho việc thiết lập hệ thống tự động, điều chỉnh nhiều vùng để nâng cao chất lượng
đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống.
Trong phạm vi đồ án này, em sử dụng bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
không đảo chiều quay (sử dụng bộ chỉnh lưu 6 thyristor) cấp điện cho động cơ truyền
động quay chi tiết máy mài tròn như hình 2.6.

11


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

2.2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển

~
A

T4
C

B

a

b

C

c

T1
C

R

T6
C

T3
C

R

R

T5

T2
C

R

C

R

R

Ld
Ð

+

CKÐ

-

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu ba pha.

12


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Hình 2.6. Giản đồ thời gian làm việc mạch chỉnh lưu cầu ba pha.

13


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều quay bằng cách dùng các van dẫn
thyristor với , , là các thyristor nhóm chung katot; còn , , là các thyristor nhóm chung
anot. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được điều khiển bằng cách thay đổi góc mở
α của hệ để thay đổi điện áp ra phần ứng động cơ.
Với các thyristor của nhóm đấu katot chung, điểm mốc để tính góc điều khiển là
điểm giao nhau của điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp dương.
Với các thyristor của nhóm đấu chung anot, điểm mốc để tính góc điều khiển là
điểm giao nhau của điện áp pha nguồn khi chúng ở nửa chu kỳ điện áp âm.
Xung điều khiển được phát lần lượt theo đúng thứ tự đánh số từ đến cách nhau
600̊ điện, còn mỗi nhóm thì xung cách nhau 1200̊.
Để thông mạch, tải cần có hai van dẫn đồng thời:
-

Trong khoảng thời gian
Trong khoảng thời gian
Trong khoảng thời gian

Trong khoảng thời gian
Trong khoảng thời gian
Trong khoảng thời gian

thì
thì
thì
thì
thì
thì

và
và
và
và
và
và

dẫn.
dẫn.
dẫn.
dẫn.
dẫn.
dẫn.

14


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

2.3. Tính toán chọn mạch lực
Các thông số của động cơ một chiều truyền động quay chi tiết máy mài tròn như
sau:
-

Công suất định mức: = 0,76 (kW)
Tốc độ quay: n = 250 ÷ 2500 (vg/ph)
Điện áp định mức: = 220 (V)
Dòng điện định mức: = 4,1 (A)
Điện trở phần ứng: = 5,3 (Ω)
Điện kháng phần ứng: = 0,04 (H)
Momen quán tính: J = 0,042 (kg.m2)

2.3.1. Tính chọn van mạch lực
Các van trong mạch chỉnh lưu công suất thường phải làm việc với dòng điện lớn,
điện áp cao, công suất phát nhiệt trên nó khá mạnh vì vậy việc tính chọn van phải hợp lý
mới đảm bảo mạch hoạt động tin cậy.
Khi chọn van ta dựa vào 2 chỉ tiêu chính:
Chỉ tiêu về dòng điện.
Chỉ tiêu về điện áp.
a) Chọn van theo chỉ tiêu dòng điện
-

Khi đã biết tham số về dòng điện tải định mức hoặc lớn nhất, đồng thời cũng đã
chọn được phương án sơ đồ chỉnh lưu, để xác định giá trị trung bình dòng điện thực tế
qua từng van ta chọn van theo nguyên tắc:

Trong đó:
-

: dòng trung bình của van được chọn.
: hệ số dự trữ về dòng điện cho van. Với các tải ổn định và dòng qua van

-

dưới 100A chỉ cần có = 1,2 ÷ 1,4. Chọn = 1,4.
= 1,367 (A).

Vậy trị số dòng trung bình qua van:
= 1,4.1,367 = 1,914 (A)
b) Chọn van theo chỉ tiêu điện áp

15

(2-5)


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

Chọn van theo chỉ tiêu điện áp cần biết điện áp ngược làm việc lớn nhất của van , rồi sau
đó cũng theo nguyên tắc điện áp của van được chọn phải thỏa mãn điều kiện:

Trong đó:
-

: hệ số dự trữ về điện áp cho van, thường lấy trong khoảng 1,7 ÷ 2,2 do

-

thực tế điện áp lưới không ổn định. Chọn = 2,2.

Điện áp chỉnh lưu với tải định mức:

Với:
•
•

= 220 (V) – điện áp định mức động cơ.
– độ sụt áp trên cuộn kháng, thường khoảng (5 ÷ 10) % điện áp tải định
mức. Do đó chọn độ sụt áp trên cuộn kháng bằng 5% .
= 5% = 5%.220 = 11 (V)

•

– độ sụt áp trên máy biến áp, thường khoảng (5 ÷ 10) % điện áp tải định
mức. Do đó chọn độ sụt áp trên máy biến áp bằng 5% .
= 5% = 5%.220 = 11 (V)

•

– sụt áp trung bình trên van. Với mạch chỉnh lưu cầu ba pha tại một thời
điểm có hai van dẫn, độ sụt áp trên mỗi van khoảng 1,5 ÷ 3 (V), chọn = 2
(V). Do đó tổng sụt áp trên các van là 4 (V).

Thay vào ta có điện áp chỉnh lưu:
= 220 + 11 + 11 + 4 = 246 (V)

Ở chế độ định mức, tương ứng với góc , điện áp chỉnh lưu định mức là:

•

thường chọn trong khoảng 100̊ ÷ 180̊ , chọn = 150̊ .
=> = 254,67 (V)

Ta có: => = 108,83 (V)
Điện áp làm việc lớn nhất:

16


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

= 266,58 (V)
Thay và vào biểu thức ta có:
= 2,2.266,58 = 586,48 (V)

(2-6)

Từ hai chỉ tiêu (2-5) và (2-6), chọn thyristor theo [Phụ lục 2 – Bảng 2.1.1 – Sách
hướng dẫn thiết kế điện tử công suất], ta chọn được Thyristor loại T6 – 10 có phạm vi
cấp điện áp (1 ÷ 16), nên chọn van có cấp điện áp tương ứng với cấp điện áp chịu được
bằng 587 (V).
Các thông số của thyristor:
-

Điện áp điều khiển: = 3 (V)
Dòng qua van: = 0,7 (A)

2.3.2. Tính chọn cuộn kháng lọc
Mục đích của việc tính toán bọ lọc là xác định các trị số cần thiết của điện cảm lọc
sao cho thỏa mãn hệ số đập mạch cho trước đồng thời hiệu chỉnh để có kích thước vừa

phải.

Hình 2.7. Lọc điện cảm.
a) Tính giá trị điện cảm

Giá trị điện cảm cuộn kháng lọc được xác định theo công thức:
(2-7)
Trong đó:
-

: điện trở tải. = 53,65 (Ω).
: hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ điện áp xoa chiều.
Với mạch chỉnh lưu cầu ba pha, = 6.
17


Chương 2. Thiết kế mạch động lực
-

: tần số góc của điện áp xoay chiều.
= 2.π.f = 2.π.50 = 314 (rad/s)

-

: hệ số san bằng với

Ta có:
•

: hệ số đập mạch đầu vào.

Do hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ để điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất khi vẫn
đảm bảo yêu cầu bằng phẳng nên sẽ tính với góc .
Điện áp chỉnh lưu:
Có = 254,67 (V).
Điện áp chỉnh lưu nhỏ nhất ứng với tốc độ động cơ nhỏ nhất :

Với:
•
•

•

= 26,17 (rad/s)
= 4,1 (A); = 5,3 (Ω); = 11 (V)

Thay vào ta có:
= 0,75.26,17 + 4,1.5,3 + 11 + 11 = 63,35 (V)
=> = 0,25
Với = 6 và = 0,25 tra đồ thị hình 1.13 [TL – 1] ta được = 0,32

Vậy hệ số đập mạch vào:
= 1,28
•

Chọn hệ số đập mạch ra = 0,5.

Từ đó hệ số san bằng = 2,56
Với = 2,56 bộ lọc điện cảm được tính bởi:
= 0,073 (H)

18


Chương 2. Thiết kế mạch động lực
b) Thiết kế cuộn kháng lọc

Hình 2.8. Kết cấu cuộn kháng lọc.
 Kích thước lõi thép:
- Kích thước cơ sở:

= 2,72 (cm)
Chọn a = 3 (cm)
-

Các thông số:
b = (1 ÷ 1,5).a => chọn b = 1,5.a = 1,5.3 = 4,5 (cm)
c = (0,6 ÷ 0,8).a => chọn c = 0,8.a = 0,8.3 = 2,4 (cm)
h = (2 ÷ 3).a => chọn h = 3.a = 3.3 = 9 (cm)

Tiết diện lõi thép: = a.b = 3.4,5 = 13,5 (cm2)
Diện tích cửa sổ: = h.c = 9.2,4 = 21,6 (cm2)
Độ dài trung bình đường sức: = 2.(a+h+c) = 2.(3+9+2,4) = 28,8 (cm)
Độ dài trung bình dây quấn: = 2.(a+b)+π.c = 2.(3+4,5)+π.2,4 = 22,54 (cm)
Thể tích lõi thép: = 2a.b.(a+h+c) = 2.3.4,5.(3+9+2,4) = 388,8 (cm3)
 Tính điện trở dây quấn ở nhiệt độ 200̊C đảm bảo độ sụt áp cho phép:
-

Trong đó:
-

= 4 (V) là độ sụt áp trên van.
= 4,1 (A) là dòng định mức.
= 40ᵒC là nhiệt độ môi trường đặt cuộn kháng.

19


Chương 2. Thiết kế mạch động lực
-

ΔT = 50ᵒC là chênh lệch nhiệt độ tối đa cho phép giữa cuộn dây điện cảm và môi
trường.
=> = 0,75 (Ω)

 Số vòng dây cuộn cảm:

= 350 (vòng)
 Mật độ từ trường:

= 4982,64 (A/m)
 Cường độ từ cảm:

= 6,35.10-3 (T)
Với = 6.50 = 300 (Hz)
Tính hệ số μ theo H và B:

(H/m)
 Tính trị số điện cảm nhận được:

(H)
Trị số này lớn hơn 5% giá trị yêu cầu nên chấp nhận được.
 Tiết diện dây quấn:

(mm2)
 Xác định khe hở tối ưu:

(mm)
Vì trên đường đi mạch từ có hai đoạn có khe hở nên miếng đệm sẽ có độ dày bằng
một nửa trị số trên:
(mm)
2.3.3. Tính chọn máy biến áp
Điện áp chỉnh lưu với tải định mức:

Với:

20


Chương 2. Thiết kế mạch động lực
•
•
•
•

= 220 (V) – điện áp định mức động cơ.
= 11 (V) – độ sụt áp trên cuộn kháng.
= 11 (V) – độ sụt áp trên máy biến áp.
= 4 (V) – sụt áp trung bình trên van.

Thay vào ta có điện áp chỉnh lưu:
= 220 + 11 + 11 + 4 = 246 (V)
Ở chế độ định mức, tương ứng với góc , điện áp chỉnh lưu định mức là:

Với = 15ᵒ
=> = 254,67 (V)
Ta có: => = 108,83 (V)
-

Do biến áp đấu Δ/Y nên điện áp trên cuộn sơ cấp = 380 (V).
Công suất một chiều trên tải:
= 254,67.4,1 = 1,04 (kW)

-

Công suất tính toán máy biến áp dựa theo bảng 1.1 [TL – 1]:
= 1,05.1,04 = 1,092 (kVA)

-

Hệ số máy biến áp:

-

Trị số hiệu dụng dòng cuộn thứ cấp:
= 0,816.4,1 = 3,345 (A)

-

Trị số dòng điện cuộn sơ cấp:

= 0,955 (A)

Vậy tham số máy biến áp cần có là:
-

Công suất máy biến áp: = 1,092 (kVA)
Điện áp sơ cấp máy biến áp: = 380 (V)
Dòng điện sơ cấp: = 0,955 (A)
Điện áp thứ cấp máy biến áp: = 108,83 (V)
Dòng điện thứ cấp: = 3,345 (A)

21


Chương 2. Thiết kế mạch động lực

2.3.4. Bảo vệ van
Biện pháp bảo vệ thông dụng nhất hiện nay là dùng mạch RC mắc song song với
van và phải đặt càng gần van càng tốt, sao cho dây nối ngắn tối đa. Thực chất về nguyên
lý chỉ cần tụ C, song vì khi van dẫn sẽ xuất hiện dòng phóng từ tụ C qua van làm nóng
thêm cho van nên cần có điện trở R để hạn chế dòng điện này trong khoảng 10 ÷ 15 (A).
Do việc xác định trị số RC ở đây cũng phức tạp nên ta chọn theo kinh nghiệm thực tế:
điện trở nằm trong khoảng 10 ÷ 100 (Ω), còn tụ điện từ 0,1 ÷ 2 (μF).
Ta chọn:

Điện trở R = 20 (Ω).
Tụ điện C = 0,47 (μF).

22

Chương 3. Tính toán mạch tạo xung điều khiển

Chương 3. Tính toán mạch tạo xung điều khiển
3.1. Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển

Hình 3.1. Sơ đồ khối mạch tạo xung điều khiển.
Trong đó:
-

Khâu đồng pha có chức năng đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của

van lực nhắm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α. Hình thành điện áp có
dạng phù hợp với xung nhịp cho hoạt động của khâu tạo điện áp tựa phía sau nó.
- Khâu tạo điện áp răng cưa dùng để khắc phục nhược điểm của điện áp dạng hình
sin, có nghĩa là nó ít bị ảnh hưởng của điện áp và tần số nguồn điện xoay chiều.
- Khâu so sánh có chức năng so sánh điện áp điều khiển với điện áp tựa để định thời
điểm phát xung điều khiển, thông thường đó là thời điểm khi hai điện áp này bằng
nhau. Nói cách khác, đây là khâu xác định góc điều khiển α.
- Khâu tạo xung, sử dụng dạng xung chùm vì cho phép mở tốt van lực trong mọi
trường hợp, với mọi dạng tải và nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau. Xung chùm thực
chất là một chùm các xung có tần số cao gấp nhiều lần lưới điện (f xc = 6 ÷ 12
kHz). Độ rộng của một chùm xung có thể được hạn chế trong khoảng (100 ÷ 130)
độ điện, về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện áp trên van lực mà nó điều khiển
đổi dấu sang âm.
- Khâu khuếch đại xung có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạng xung
hình thành đến mức đủ mạnh để mở van lực. Đa số thyristor mở chắc chắn khi
xung điều khiển có = 5 ÷ 10 (V) và = 0,3 ÷ 1 (A) trong thời gian cỡ 100 μs. Đầu
ra của khâu khuếch đại xung sẽ nối với các cực G – K của thyristor, còn đầu vào
nối với khâu tạo dạng xung.

23


Chương 3. Tính toán mạch tạo xung điều khiển

3.2. Sơ đồ nguyên lý các khâu
3.2.1. Khâu đồng pha
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2. Sơ đồ và đồ thị khâu đồng pha.
Khâu đồng pha sử dụng mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ có điểm giữa (tia hai pha)
dùng diode , và tải cho chỉnh lưu này là điện trở .
b) Nguyên lý làm việc

Điện áp sơ cấp của biến áp đồng pha lấy nguồn từ mạch lực đồng pha với thyristor
cần dẫn.
Điện áp thứ cấp của biến áp đồng pha được đưa vào chỉnh lưu hình tia hai nửa chu
kỳ tạo được điện áp nửa hình sin dương tại điểm . Điện áp chỉnh lưu này được đưa vào
cổng (+) (cổng không đảo) của khuếch đại thuật toán qua điện trở
Điện áp ngưỡng được đưa vào cổng (–) (cổng đảo) của , được cấp nguồn bởi điện
trở , biến trở để so sánh với điện áp dương . Điện áp đồng bộ sẽ tuần theo quan hệ sau:

Trong khoảng thời gian từ (0 ÷ ) và ( ÷ ) thì dương hơn (lớn hơn) do đó tín hiệu
ra ở sẽ là tín hiệu của . Do được đưa vào cổng (–) của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu
ra âm và bằng điện áp bão hòa của OA: = – .

24

Chương 3. Tính toán mạch tạo xung điều khiển

Trong khoảng thời gian từ ( ÷ ) thì dương hơn do đó tín hiệu ra sẽ là tín hiệu
của , và do được đưa vào cổng dương của khuếch đại thuật toán nên tín hiệu ra dương
và bằng điện áp bão hòa của OA: = + .
Vì vậy ta thấy được tín hiệu ra là một dãy xung hình chữ nhật.
3.2.2. Khâu tạo điện áp răng cưa
a) Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị làm việc khâu tạo điện áp răng cưa.
b) Nguyên lý làm việc

Điện áp ra được đưa vào cổng (–) của khuếch đại thuật toán qua diode và điện
trở . Khi âm thì diode thông và khi đó tụ được nạp bởi hai dòng và .
Dòng từ đất qua tụ qua điện trở , diode về . Dòng từ nguồn +E qua biến trở và
điện trở vào tụ . Thường chọn dẫn đến tụ được nạp chủ yếu bởi dòng .
Khi dương thì khi đó diode sẽ khóa , khi đó tụ sẽ không được nạp mà sẽ phóng
điện giảm dần điện áp về 0. Vì vậy điện áp ra ở khâu răng cưa là một dãy xung hình răng
cưa.

25