Đồ án chuyên ngành thiết kế máy bào giường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Đề tài: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG MỘT
CHIỀU CHO BÀN MÁY BÀO GIƯỜNG.

GVHD

:

TS. Nguyễn Mạnh Tiến

SVTH

:

Trần Văn Bắc – MSSV: 20121269

Hà Nội tháng 12 năm 2016

Lớp TĐH-03-K57


2

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật hiện đại đã làm thay đổi sâu sắc trong lĩnh vực
truyền động điện tự động. Sự hoàn thiện của các thiết bị điện tử công suất với kích thước gọn

nhẹ, xử lý nhanh nhạy, chính xác, dễ dàng đáp ứng được những yêu cầu công nghệ khó khăn
nhất mà thời điểm trước không làm được.
Để cho chúng em dần tiếp cận được với khoa học hiện đại, kết hợp với lý thuyết về truyền động
điện và điện tử công suất. Nhằm mục đích tìm hiểu sâu sắc môn học và nâng cao kiến thức thực
tế, em đã được giao đề tài “ Thiết kế hệ truyền động điện một chiều cho bàn máy bào giường”.
Do tầm hiểu biết còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp của các thầy cô để bản đồ án này hoàn thiện hơn.
Em xin cảm ơn thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình
tìm hiểu và hoàn thiện đồ án này.

Sinh viên thực hiện
Trần Văn Bắc

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


3

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

MỤC LỤC
Trang
Trang bìa ………………………………………………………………………………….1
Lời nói đầu ………………………………………………………………………………..2
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MÁY BÀO GIƯỜNG ………………..……………………..4
1.1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu công nghệ ...………………………………….........4
1.2. Yêu cầu về truyền động ……………………………………………………………..7
CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ. TÍNH TOÁN MẠCH LỰC …...9

2.1. Tính chọn công suất động cơ ………………………………………………………11
2.2. Kiểm nghiệm động cơ đã chọn …………………………………………………….12
2.3. Lựa chọn, tính toán mạch lực ………………………………………………………15
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỔNG HỢP
THAM SỐ MẠCH ĐIỀU CHỈNH…………………..…………………………….…….23
3.1. Tổng hợp mạch vòng dòng điện ……………………………………………………24
3.2. Tổng hợp mạch vòng tốc độ ...……………………………………………………...25
3.3. Mô phỏng Matlab-Simulink…………………..………………………………..…...27
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN………………………………………..……………………..30

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


4

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MÁY BÀO GIƯỜNG
1. Đặc điểm công nghệ và yêu cầu công nghệ.
Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn. Tuỳ thuộc vào chiều dài của
bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giường thành 3 loại:
- Máy cỡ nhỏ: chiều dài bàn Lb< 3m, lực kéo Fk = 30 ÷ 50 kN
- Máy cỡ trung bình: Lb= 4 ÷ 5m, Fk = 50 ÷ 70kN
- Máy cỡ nặng: Lb> 5m, Fk > 70kN

Hình 1.1: Hình dáng bên ngoài máy bào giường.
Chú thích: 1. Chi tiết gia công
4. Bàn dao đứng

Trần Văn Bắc 20121269

2. Bàn máy.

3. Dao cắt

5. Xà ngang.

Lớp TĐH 03-K57


5

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Chi tiết gia công 1 được kẹp chặt trên bàn máy 2 chuyển động tịnh tiến qua lại. Dao cắt 3
được kẹp chặt trên bàn dao đứng 4. Bàn dao 4 được đặt trên xà ngang 5 cố định khi gia công.
Trong quá trình làm việc, bàn máy di chuyển qua lại theo các theo các chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi
chu kỳ gồm hai hành trình thuận và ngược. Ở hành trình thuận, thực hiện gia công chi tiết, nên
gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình ngược, bàn máy chạy về vị trí ban đầu, không cắt
gọt, nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành trình ngược thì bàn dao lại di
chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lượng ăn dao s. 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.

Hình 1.2. Đồ thị tốc độ bàn dao trong một chu kỳ.
Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng bởi chế độ cắt. Thường thì tốc độ thuận
là: Vth =5 đến (75  120 ) m/ph; vận tốc gia công max, min: Vmax=75  120 m/ph, Vmin=5

m/ph.
- Để nâng cao năng suất của máy ta chọn:Vn > Vth(Vn = 2 đến 3 Vth).
- Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian

n

Trần Văn Bắc 20121269

1
1

(1-1)
Tck t th  t ng

Lớp TĐH 03-K57


6

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Trong đó:
- Tck là thời gian làm việc trong 1 chu kỳ của bàn máy.
- Tth là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận.
- Tng là thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược.
Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tang và giảm tốc độ là không đổi thì:

Lth Lg .th  Lh.th

(1-2)

Vth
Vth / 2
Lng Lg .ng  Lh.ng


(1-3)
Vng
Vng / 2

tth 
t ng

Trong đó:
- Lth và Lng là chiều dài hành trình của bàn máy ứng với tốc độ ổn định Vth và Vng ở hành trình
thuận và ngược.
- Lg .th và Lh.th là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc ( gia tốc ) và quá trình giảm
tốc ( hãm ) trong hành trình thuận.
- Lg .ng và Lh.ng là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc ( gia tốc ) và quá trình giảm
tốc ( hãm ) trong hành trình ngược.
n

Suy ra:

1
1

(
k

1

).
Lb
Lb / Vth  Lb / Vng  t dc
 t dc
Vng

(1-4)

Trong đó:

-

Lb  Lth  Lg .th  Lh.th  Lng  Lg .ng  Lh.ng

-

k

-

t đc là thời gian đảo chiều.

Vng
Vth

tỷ số giữa Vth và Vng

 Năng suất của máy phụ thuộc vào k ( tỉ lệ thuận) và t đc . Cụ thể:

+ Khi k tăng > 3  năng suất tăng không đáng kể( do t đc tăng)

+ Khi Lb > 3  t đc ít ảnh hưởng  năng suất phụ thuộc chủ yếu vào k.
 Khi thiết kế truyền động chính cho MBG cần phấn đấu giảm thời gian quá trình quá độ.

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


7

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

2. Yêu cầu công nghệ .
2.1. Truyền động trục chính: Là chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy. Đồng thời cũng
phải có điều chỉnh tốc độ trong cả 2 hành trình vì hành trình thuận là hành trình cắt gọt có tải tốc
độ nhỏ hơn hành trình ngược là hành trình không tải nhằm mục đích giảm thời gian chết không
tải lâu.
- Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay vì có 2 hành trình thuận và ngược
và làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
- 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 ngược) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành
trình thuận).
D

Vmax Vng max
60


 12
Vmin Vth min

4÷6

- Ở chế độ xác lập: Khả năng giữ tốc độ khi phụ tải thay đổi. Độ ổn đinh tốc độ  5% khi phụ tải
thay đổi. Đường đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định càng cao. Thường chọn %  2%
- Quá trình quá độ, khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ truyền với tốc độ
tác động cực đại.
Đặc tính phụ tải truyền động chính:
Thông thường hệ truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều được cấp nguồn từ bộ
biến đổi (BBĐ). Điều chỉnh tốc độ được thực hiện theo hai vùng :

Hình 1.3.Đồ thị phụ tải của truyền động chính máy bào giường.

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


8

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

2.2. Truyền động ăn dao: Là chuyển động tịnh tiến theo phương vuông góc với chuyển động
chính, có tính rời rạc, xảy ra vào cuối hành trình thuận, đầu hành trình ngược.
- Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình kép làm việc một
lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc trước khi dao
cắt vào chi tiết).
- Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là : D =(100  200)/1. Lượng ăn dao cực đại có thể đạt
tới (80  100)mm/hành trình kép.
- Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới 1000lần/giờ
Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải đảm bảo theo 2 chiều ở cả chế độ làm việc và di chuyển

nhanh.
- Truyền động ăn dao thường được thực hiện bằng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc
và hộp tốc độ.
- Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống : cơ khí, điện khí, thuỷ lực khí
nén v.v …Thông thường sử dụng rộng rãi động cơ: động cơ điện và hệ thống truyền động trục
vít - êcu hoặc bánh răng - thanh răng
Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ điều chỉnh tốc độ bản
thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyên tắc này tuy phức tạp hơn nguyên tắc
trên nhưng có thể giữ được thời gian làm việc của truyền động như nhau vời các lượng ăn dao
khác nhau.
2.3. Truyền động phụ: Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao nâng đầu dao
trong hành trình ngược, nân hạ xà ngang, nới siết xà ngang trên trụ v.v…
Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, sàn máy, nâng đầu ra trong hành trình
ngược, được thực hiện bởi đông cơ không đồng bộ và nam châm điện.
2.4. Chế độ làm việc: Chế độ làm việc ngắn hạn lăp lại, đảo chiều với tần số lớn., mô men khởi
động và hãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng kể trong quá trình làm việc.
2.5 .Yêu cầu về nguồn: Hệ thống sử dụng nguồn, điện lưới công nghiệp xoay chiều 3 pha, điện
áp lưới 380V, tần số 50Hz.
2.6. Yêu cầu về vận hành: An toàn cho người vận hành và thiết bị. Cụ thể là có các biện pháp
bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch, dừng khẩn cấp khi có sự cố.
2.7. Tính kinh tế: Khi thiết kế phải quan tâm đến vốn đầu tư, chi phí vận hành, tổn hao năng
lượng trong quá trình làm việc ổn định và quá độ.
2.8. Các yếu tố khác: Ngoài các yếu tố trên khi thiết kế hệ thống truyền động ta cần quan tâm
đến độ trơn điều chỉnh và khả năng tự động hóa hệ thống.
Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


9

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ
LỰA CHỌN. TÍNH TOÁN MẠCH LỰC.
1. Tính chọn công suất động cơ cho máy bào giường.
Phụ tải của chuyển động chính được xác định:

FK  FZ  Fms
- Ở chế độ làm việc (hành trình thuận )









Fms   Fy  g mct  mb   0,081 0,4.30.10 3  9,8500  600   1845,18( N )

với Fy  0.4FZ

 FK  FZ  Fms  30.10 3  1845,18  31845,18 N  32(kN )

- Ở chế độ không tải (hành trình ngược).
Ở hành trình không tải thì FZ  0 nên:

FK  Fms  g mct  mb   0,081.9,8500  600   873,18( N )
Chọn động cơ.

Công suất đầu trục động cơ khi cắt chi tiết ( công suất động cơ trong hành trình thuận)
PCth

FthVth
31,845.10 3.25


 16,38(kW )
60.1000 . 60.1000 .0,81

Công suất đầu trục động cơ khi đảo chiều ( khi không tải )
PCng 

FngVng
60.1000 .



873,18.60
 1,078(kW )
60.1000 .0,81

 Lựa chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ hoàn toàn bằng điện áp phần ứng; nên động cơ
được chọn theo công suất tính toán.
Ptt  Pth .

Vng
Vth

 16,38.

60
 39,3(kW )
25

Trong thực tế để động cơ làm việc an toàn, phải có 1 hệ số dự trữ an toàn K at  1,05 ÷ 1,3 .

 Pđc  1,3.Ptt  1,3.39,3  51,09(kW )

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


10

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Như vậy ta có thể chọn loại động cơ   91có các thông số:
Pđm  55kW

nđm  1500 ( vòng/ph)
I đm  287 ( A)
U đm  220( A)

P số đôi cực bằng 2

J đm  5,9(kgm2 ) Mô men quán tính phần ứng
 đm  39,1(Vb)

Rư = 0,0412 Ω
Lư = 0,0029 H
J = 5,9 Kg.m2
Tu 

Lu 0,0029

 0,07( s)
Ru 0,0412

 đm 

nđm 1500

 157,07(rad / s)
9,55 9,55

Ta có : K đm 

U đm  I đm .Ru

đm



220  287.0,0412
 1,33(V / rad / s)
157,07

Phương trình đặc tính cơ: u

Trần Văn Bắc 20121269



U
R.M
U
0,04 M



K ( K) 2 1,33
1,77

Lớp TĐH 03-K57


11

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

2. Kiểm nghiệm động cơ đã chọn.
Việc tính chọn công suất động cơ ở trên là việc tính chọn sơ bộ, vì ở đó ta bỏ qua giai đoạn mở
máy và hãm máy. Để có được khẳng định chắc chắn động cơ với các thông số ở trên có đáp ứng
được yêu cầu truyền động hay không ta cần tiến hành kiểm tra lại.

- Kiểm tra điều kiện phát nóng.
- Tổn hao không tải trong hành trình thuận:
Poth  0,6 Pth (1   )  0,6.16,38.(1  0,81)  1,87( kW )

Gct  Gb  g (mct  mb )  9,81.(500  600)  10,791(kN )

-Tổn hao do ma sát trên gờ trượt của bàn máy:
PP 

(Gct  Gb ).Vth . 10791.25.0,081

 0,36(kW )
60.1000
60.1000

 Công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận là:
Poth  Poth  PP  1,87  0,36  2, 23(kW )

- Mômen không tải của động cơ
M o  K  dm .I dm 

Pdm .103

dm

 1,33.287 

55.103
 31,55( Nm)
157, 07

- Mômen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi tải đầy là:
M dt .th  M o  M th  M o 

PD.th .103

th

 31,55 

- Dòng điện động cơ khi tải đầy:

I th 

16,38.103
 267,57( Nm)
69, 4

M dt .th 267,57

 201,18( A)
K  dm
1,33

- Mômen điện từ của động cơ lúc không tải là:
M dto  M o 

Poth .103

o

 31,55 

Trần Văn Bắc 20121269

2, 23.103
 111,82( Nm)
27, 78

Lớp TĐH 03-K57


12

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

- Dòng điện không tải:
Io 

M dto 111,82

 84, 08( A)
Kdm
1,33

- Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp điều chỉnh điện áp trong cả
dải tốc độ được xác định như sau:
PD.ng  Poth .

Vng
Vth

 2, 23.

60
 5,35(kW )
25

- Mômen điện từ ở hành trình ngược:
M dt .ng  M o  M th  M o 

PD.ng .103

ng

 31,55 

5,35.103
 63, 64( Nm)
166, 7

- Dòng điện động cơ ở hành trình ngược:
I ng 

M dt .ng
K  dm



63, 64
 47,85( A)
1,33

Iqđ= (2 ÷ 2,5) Iđm . chọn Iqđ = 2Iđm = 2.287 = 574(A)
• Xác định thời gian của các khoảng làm việc:
- Thời gian quá trình quá độ :
t

J
J
(2  1 ) 
M qđ  M c
( I qđ  I c ).K 

(2  1 )
đm

Mômen quán tính của bàn máy quy về trục động cơ:
Jcd = ( mb + mct) ρ2 = (600+500) 0,0062 = 0,0396 (kg.m2)
- Thời gian quá trình quá độ :
t

J
J
(2  1 ) 
M qđ  M c
( I qđ  I c ).K 

(2  1 )
đm

Trong đó:
• J = Jpu+ Jcd = 5,9 + 0,0396 = 5,94(kg.m2)

• Mqđ, Iqđ: mômen và dòng điện trong quá trình quá độ
• Mc, Ic: mômen và dòng điện phụ tải động cơ

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


13

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

•

1 , 2 : tốc độ đầu và cuối của quá trình quá độ

Các khoảng thời gian làm việc:
 I c  I o  84, 08( A)

+ Với 
1  0
    27, 78(rad / s)
o
 2
t1  t9  t14 

5,94
(10  0)  0, 091( s)
(574  84, 08).1,33

 I c  I th  201,18( A)

+ Với 1  o  27, 78(rad / s)
     64,9(rad / s)
o
 2
t 4  t6 

5,94
(64,9  27, 78)  0, 445( s)
(574  201,18).1,33

 I c  I ng  47,85( A)

+ Với 
1  0
    166, 7(rad / s)
ng
 2
t10 

5,94
(166, 7  0)  1, 415( s)
(574  47,85).1,33

 I c  I ng  47,85( A)

+ Với  1  o  27, 78(rad / s)
    166, 7(rad / s)
ng

 2
t12 

5,94
(166, 7  27, 78)  1,179( s)
(574  47,85).1,33

+ Theo kinh nghiệm vận hành:
t13  1,5t1  0,1365( s)
t3  t7 ; t2  t8 ; t2  t3  t13 ; t2  3t3
1
t3  t7  t13  0,034(s)
4
3
t2  t8  t13  0,102(s)
4

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


14

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

+ Thời gian làm việc ổn định ở hành trình thuận:
t5 

L5

 s
Vth

V V
V

L5  Lb   Lith  Lb   o (t1  t9 )  o th (t4  t6 )  Vo (t2  t3  t7  t8 ) 
2
2

1  10
10  25

 6   (0, 091.2) 
(0, 445.2)  10(0,137.2)   5, 68( m)
60  2
2

t5 

L5 5, 68.60

 13, 776( s)
Vth
25

+Thời gian làm việc ở tốc độ ngược:
t11 

L11

 s
Vng

V V
V
V 
L11  Lb   Ling  Lb   ng t10  o ng t12  Vot13  o t14 
2
2 
 2
1  60
10  60
10

 6   1, 415 
1,179  10.0,137  0, 091  4,574( m)
60  2
2
2


t11 

L11 4,574.60

 4,574( s)
Vng
60

Tck  t1  t2  t3  t4  t5  t6  t7  t8  t9  t10  t11  t12  t13  t14  22,372(s)

14

I dt 


I
i 1

2
i i

.t

Tck

I qd2 .(t1  t4  t6  t9  t10  t12  t14 )  I o2 .(t2  t8  t11  t13 )  I th2 (t3  t5  t7 )
Tck

= 162,31(A)
Ta có Idm > Idt nên động cơ đã chọn phù hợp yêu cầu công nghệ.

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


15

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

• Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần.
Từ các số liệu dòng điện trong quá trình quá độ và xác lập tương ứng ta có đồ thị dòng điện.

Hình 2.2 Đồ thị phụ tải toàn phần.

3. Lựa chọn, tính toán mạch lực.
3.1 Hệ T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi T-Đ điều khiển chung
Về tư tưởng thiết kế người ta cố gắng đưa hệ T-Đ đảo chiều tương tự như hệ máy phát động
cơ.
Về mạch lực có hai sơ đồ: Sơ đồ đáu chéo và sơ đồ đấu song song ngược có cuộn kháng cân
bằng.

Hình 3.1 Mạch lực T-Đ đảo chiều điều khiển chung

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


16

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Đối với sơ đồ đâu chéo cần biến áp ba cuộn dây, còn đối với sơ đồ song song ngược bắt
buộc có cuộn kháng cân bằng. Tuy khác nhau về cấu trúc nhưng vốn đầu tư hai mạch lực này
tương đương nhau về lượng đồng, sắt và số Thyristor.
• Ưu điểm nổi bật của hệ T –Đ đảo chiều điều khiển chung là đảo chiều êm, tác động và
chuyển trạng thái nhanh, làm việc an toàn, tin cậy.Vì vậy nó thường được ứng dụng
cho hệ có tần số đảo chiều lớn( như hệ truyền động máy bào giường).
• Nhưng nhược điểm lớn của hệ này là kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư lớn và hiệu

suất truyền động không cao. Chính xuất phát từ lí do này nên người ta đưa ra giải
pháp chọn hệ T-Đ đảo chiều điều khiển riêng.
3.2 Hệ T-Đ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi điều khiển riêng
Sự khác biệt cơ bản là ở mạch điều khiển thay vì điều khiển phát xung cho cả hai bộ điều
khiển người ta tách điều khiển phát xung độc lập cho hai bộ biến đổi. Tức là khi một bộ biến đổi
làm việc thì bộ kia sẽ bị khóa hoàn toàn. Như vậy sẽ không tồn tại điện áp cân bằng và điều này
dẫn đến mạch lực sẽ không còn cuộn kháng cân bằng làm cho kích thước nhỏ gọn và giá thành
hạ đáng kể (30-40%). Mạch nguyên lý của hệ sẽ được trình bày trên hình 2.2. Trong đó mạch
lực gồm 6 cặp Thyristor nối song song ngược tạo nên hai bộ biến đổi một bộ làm việc theo chiều
thuận một bộ làm việc theo chiều ngược.

Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển T-Đ điều khiển riêng

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


17

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.3 Tính toán thiết bị mạch động lực
Tính chọn van động lực
• Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu :
Ta có U ng. max  K nv .U 2  k nv .

Ud
220
 6.

 230,29(V )
ku
2,34

Với knv : hệ số điện áp ngược van.
ku :hệ số điện áp chỉnh lưu.
Điện áp ngược lớn nhất van chịu được : U nv  kdtU .U ng. max  1,8.230,39  414,720(V )
Trong đó kdtU = 1,7 là hệ số dự trữ điện áp, với kdtU = (1,6 ÷ 2).
• Dòng điện làm việc của van: I lv  I hd  k hd .I đm 

1
.287  165,70( A)
3

( Do trong sơ đồ cầu 3 pha, hệ số dòng hiệu dụng : khd =

1
√3

)

Dòng điện định mức van cần chọn: I đm.V  k i .I lv  3,2.165,70  530,24( A)
( ki là hệ số dự trữ dòng điện và chọn ki = 3,2)
Để có thể chọn van cho làm việc với các thông số định mức cơ bản trên, chúng ta tra
bảng thông số các van (Thyristor) chọn các van có thông số điện áp ngược (Unv), dòng điện định
mức ( Iđmv) lớn hơn gần nhất với các thông số tính được ở trên.
Từ các thông số trên chọn van T568 N có :

- Dòng điện trung bình Itb = 568A.
- Umax = 200 ÷ 600 V

- Sụt áp trên van là ΔU = 1,76V
- Thời gian phục hồi tph = 200 µs.
- Uđk = 1,4V ; Iđk = 150 mA.

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


18

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.4 Tính chọn máy biến áp.
Biến áp sơ cấp đấu tam giác, thứ cấp đấu sao
+) Tính các thông số cơ bản
• Điện áp sơ cấp: U1 = Ulưới= 380(V) do sơ cấp đấu ∆.
• Điện áp pha thứ cấp : Udo.cosαmin = Uđm + 2∆Uv + ∆Uba
• α = αmin = 10𝑜 ( góc dự trữ khi có suy giảm điện lưới).
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có :
U do 

U dm  2U  U ba 220  2.1, 76  13, 2

 240,37(V )
cos  min
cos10o

Với : + ΔUv = 1,76V - sụt áp trên mỗi thyristor
+ ∆Uba là sụt áp trên máy biến áp, chọn ∆Uba = 6% Uđm = 13,2 V

• Điện áp định mức cuộn thứ cấp máy biến áp: U 2 

U d 0 240,37

 102,72(V )
2,34
2,34

• Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp: I 2  k 2 .I d  0,82.287  235,34( A)
• Tỉ số máy biến áp: k ba 

U1
380

 3,7 .
U 2 102,72

• Dòng điện sơ cấp máy biến áp : I 1 

I2
235,34

 63,62( A)
k ba
3,7

• Xác định công suất tối đa của tải: Pd max  U d 0 .I d  240,37.287  68,986(kW )
• Công suất biến áp nguồn cấp : S ba  k s .Pd max  1,05.68,986  72,435(kVA)
+) Tính sơ bộ mạch từ :
Tiết diện trụ : Q Fe  k Q

S
m. f

Trong đó:
KQ là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6.
m là số trụ máy biến áp (m = 3)
f là tần số xoay chiều (f = 50 Hz).

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


19

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Thay số ta được QFe  6.

72435
 131,85(cm 2 )
3.50

Coi f = 50Hz, chọn B = 1 Tésla
Số vòng dây mỗi cuộn:
W1 

U1
380 .10 4


 130 (vòng )
4,44. f .QFe .B 4,44.50.131,85.1

W2 =

W1 102,72
=
.130 = 35 (vòng )
kba
380

Với dây dẫn bằng đồng trong máy biến áp khô thì mật độ dòng điện cho phép nằm trong khoảng
( 2 ÷ 2,75) A/mm2.
Chọn J = J1=J2=2,75 A/mm2.
Tiết diện dây cuộn sơ cấp : S1 

I1 62,63

 22,8(mm 2 )
J 1 2,75

Đường kính dây cuốn sơ cấp: d1 

Tiết diện dây thứ cấp : S 2 



4.22,8
 5,39(mm)

3,14



I 2 235,34

 85,6(mm2 )
J2
2,75

Đường kính dây cuốn thứ cấp: d1 

Trần Văn Bắc 20121269

4S1

4S 2





4.85,6
 10,44(mm)
3,14

Lớp TĐH 03-K57


20

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.5 Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện.

- Điện áp hành trình thuận tốc độ 10[m/ph]
U th  Kth  Ru .I th  1,33.27, 78  0, 0412.201,18  45, 24(V )

- Góc mở ở hành trình thuận tốc độ 10[m/ph] là
 th  arccos

U th
45, 24
 arccos
 arccos 0,188  79,16o
U do
240,37

- Ta có góc cos(𝛼𝑚𝑎𝑥 ) = 0,179; mdm=6
suy ra ta có: k*dm=0,34 (tra bảng)
k dm (cos   0,179) 

kdm 0,34

 1,9
cos  0,179

43,94
 0,179
245

1,9
k sb 
 10,61
0,179
k dmR 

L

Rd
0,84
.k sb 
.10,61  4,73(mH)
mdm .1
9.314

3.6 Tính toán góc mở α
Ta có: U  K  RI
• Điện áp hành trình thuận tốc độ 25[m/ph]:
U th1  Kth  RI th  1,33.64,9  0,0412.201,18  94,61(V )
Góc mở ở hành trình thuận tốc độ 25[m/ph] là: αth1 = 66,8o
• Điện áp hành trình thuận tốc độ 10[m/ph].
U th  Kth  Ru .I th  1,33.27, 78  0, 0412.201,18  45, 24(V )
Góc mở ở hành trình thuận tốc độ 10[m/ph] là: αth2 = 79,16o
• Điện áp hành trình ngược tốc độ 60[m/ph]
U ng  Kng  RI ng  1,33.163,89  0,0412.47,85  219,95(V )
Góc mở ở hành trình ngược là : αng = 23,79o

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57

21

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.7 Tính toán các thiết bị bảo vệ
• Bảo vệ quá dòng cho van: Áp tô mát dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động ngắt khi
quá tải và ngắn mạch.
- Ta lựa chọn áp tô mát có các thông số như sau:
I dm  1,1I lv  1,1.165,7  182,3( A)
U dm  220 (V )

U qt  5I lv  828,5( A) .

• Bảo vệ quá điện áp cho van.
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt tiristo được thực hiện bằng cách mắc RC
song song với tiristo. Khi có sự chuyển mạch các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng
ra ngoài tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian ngắn, sự biến thiên nhanh chóng của
dòng điện ngược gây ra sức điện động rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp. Mạch RC
trợ giúp chuyển mạch, nó hạn chế được đỉnh của điện áp cảm ứng trong quá trình dẫn ngược của
d
Thyristor. Khi thyristor mở tụ điện sẽ phóng điện qua thyristor. Người ta có thể hạn chế u
dt
bằng điện trở R.

- Ta chọn chọn R = 5,1Ω; C= 0,25μF.

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


22

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CẤU TRÚC HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỔNG HỢP THAM SỐ MẠCH ĐIỀU
CHỈNH.
Để xây dựng bộ điều chỉnh ta cần xây dựng sơ đồ cấu trúc cho toàn hệ thống. Hệ thống điều
khiển gồm có 2 mạch vòng điều khiển với mạch vòng phía trong là mạch vòng dòng điện còn
mạch vòng tốc độ là mạch vòng bên ngoài.

Hình 3. Sơ đồ cấu trúc toàn hệ thống.

Trong đó:
•

R là bộ điều chỉnh của mạch vòng tốc độ.

•
•

HCD là khâu hạn chế dòng.
RI là bộ điều chỉnh mạch vòng dòng điện.

•

BBĐ là bộ chỉnh lưu cầu.

•

1 / Ru
mô hình mạch phần ứng của động cơ 1 chiều.
1  pTu

•

Ki
sensor dòng điện.
1  pTi

•

K
sensor tốc độ
1  pT

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


23

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.1 Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
Mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống xác định momen 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 động cơ không ảnh hưởng đến quá trình điều
chỉnh mạch vòng dòng điện.

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện.

Trong đó :
• Si – sensor dòng điện ; Ri – bộ điều chỉnh dòng điện; BĐ- Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.
• Tđk, Tvo, Tư, Ti – các hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu, sự chuyển
mạch chỉnh lưu, phần ứng và xenxơ dòng điện.
• Rư – điện trở mạch phần ứng và KCL và Ki là hệ số khuếch đại chỉnh lưu và sensor
dòng điện.

Hình 3.2 Sơ đồ thu gọn của mạch vòng dòng điện

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


24

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

Hàm truyền của đối tượng điều khiển mạch vòng điều chỉnh dòng điện là:
S Oi ( p) 

K .K
I ( p)

1
 cl i .
U đk ( p)
Ru (1  Tsi p)(1  Tu p)

Ta có:
Tvo 

1
1

 1,67(ms)
2mf 2.6.50

U i  U ref  U max  10(V )
Ki 

Ui
Ui
10


 0, 014 (V/A)
I
2,5.I dm 2,5.287

Ti  0,001  0.005( s)  chọn Ti  0,0015( s) .

Chọn Tđk  Ti  0,0015 ( s)
K CL 

Tu 

U đm 220

 36,67
U đk
6

Lu 0, 0029

 0, 0704s
Ru 0, 0412

Ta có Tđk, Tvo, Ti << Tư .Đặt Tsi = Tđk + Tvo + Ti = 4,67(ms)
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun ta có hàm truyền của hệ thống kín:
FOMi ( p) 

1
1  2   2  p 2

Mặt khác theo hình vẽ ta có
FOMi ( p) 

Ri ( p).S 0i ( p)
1  Ri ( p).S 0i ( p)

Từ đó ta tìm được hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI:
Ri ( p) 

1  Tu p

1  0,0704

K cl .K i
0,116 p
.a.Tsi . p
Ru

Chọn a=2,    Tsi
Cuối cùng hàm truyền của mạch vòng dòng sẽ là :
I ( p)
1
1
1
1
1
1
1
1

.

.

.

.
2 2
U id ( p) K i 2Tsi p(1  Tsi p)  1 K i 1  2Tsi p  2Tsi p
K i 1  2Tsi p 0,014 1  0,00934 p

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57


25

Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy bào giường.

3.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ.

Hình 3.4 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ

Hình 3.5 Sơ đồ thu gọn

Ta có hàm truyền mạch hở sẽ là:

S 0 ( p ) 

Ru .
K
1
1
. .
.
(1  2Tsi . p) K i K.Tc . p (1  T . p)

Đặt Ts  T  2Tsi  0,005  2.(0,001  0,00167 )  0,01034 ( s)

S 0 ( p ) 

Ru .K 
1
.
K i .K.Tc p(1  Ts . p)

Trần Văn Bắc 20121269

Lớp TĐH 03-K57