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

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với quá trình công nghiệp hóa đất nước, yêu cầu tự động hóa trong máy sản
xuất ngày càng cao, điều khiển linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ và hiệu suất sản xuất cao. Mặt
khác, với công nghệ thông tin và công nghệ điện tử phát triển càng cao và nhu cầu con
người ngày càng đòi hỏi những sản phẩm sản xuất ra đạt độ chính xác và độ thẩm mỹ
cao.
Trong thời đại hiện nay các phân xưởng, nhà máy, xí nghiệp cắt gọt kim loại luôn đòi
hỏi những máy cắt gọt kim loại hiện đại như: Có khả năng tự động hóa cao, độ chính xác
tuyệt đối. Có khả năng điều chỉnh tốc độ trơn, rộng và bằng phẳng, kết cấu gọn nhẹ, hiệu
suất cao và chi phí vận hành ít nhất nhưng đảm bảo tính kinh tế.
Nội dung đồ án chuyên ngành em xin trình bày: “ Thiết kế hệ truyền động một
chiều cho bàn máy bào giường “ với các thông số và yêu cầu đã cho. Đây là máy gia
công kim loại rất thông dụng trong sản xuất công nghiệp hiện nay. Trong quá trình làm đồ
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 1


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

án, được sự hướng dẫn tận tình của thầy “ Nguyễn Mạnh Tiến “ đã giúp đỡ em rất nhiều
trong việc hoàn thành đồ án của mình. Tuy nhiên do kiến thức rộng và thực tế còn hạn
chế nên khó tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo
để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 7 tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện:

Hoàng Công Cường

Đề tài: “ Thiết kế hệ truyền động một chiều cho bàn máy
bào giường”
Số liệu:
-

Tốc độ thuận ( ) :
25 m/ph.
Tốc độ ngược ( ) : 60 m/ph.
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện : 0,006.
Hiệu suất định mức của cơ cấu ( ) : 0,81.
Hệ số ma sát trượt giữa bàn va gờ trượt ( ) : 0,081.
Chiều dài hành trình bàn () : 6m.
Khối lượng bàn : 600 kg.
Lực cắt ( : 30 (kN).
Khối lượng chi tiết : 500kg.

Nội dung tính toán :
-

Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
Tính chọn công suất động cơ và tính toán lực chọn mạch lực.

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 2


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

-

Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển và tổng hợp tham số các bộ điều chỉnh.

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRUYỀN
ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
I Đặc điểm công nghệ.
1 Giới thiệu chung về máy bào giường.
1.1 Khái quát chung về máy cắt kim loại.

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).
Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trưng bởi phương pháp gia công, dạng dao,
đặc tính chuyển động… Các máy cắt kim loại được chia thành các loại cơ bản như : Máy
Tiện, Máy Phay, Máy Bào, Máy Khoan, Máy Doa, Máy Mài…

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 3


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

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.
1.2 Khái quát chung về máy bào giường.

Máy bào giường là máy có thể gia công các chi tiết lớn, chiều dài bàn có thể từ 1,5
đến 12m. Tùy thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân loại máy bào
giường thành ba loại :

Máy Bào Giường

Máy cỡ nhỏ:

Máy cỡ trung bình:

Máy cỡ nặng :

Chiều dài bàn <3m

=4

>

Lực kéo

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 4


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Hình 1.1 : Hình dáng bên ngoài máy bào giường.

Dạng bên ngoài máy bào giường được giới thiệu trên hình 1.1
Khái quát chuyển động của 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 chu kì lặp đi
lặp đi lặp lại, mỗi chu kỳ gồm 2 quá 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
(mm/hành trình kép). Chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy gọi là chuyển động
chính. Dịch chuyển của bàn dao sau mỗi một hành trình kép là chuyển động ăn dao.
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà , bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình
không tải.

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 5


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Hình 1.2 : Đồ thị tốc độ của máy bàn bào giường.

Đồ thị tốc độ của bàn máy được vẽ trên hình. Đây là dạng đồ thị thường gặp. Giả
thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và được tăng tốc đến tốc độ = 515m/ph (tốc
độ của dao) trong khoảng thời gian . Sau khi chạy ổn định với tốc độ trong khoảng thời
gian thì dao cắt vào chi tiết ( dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi
tiết ). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định cho đến hết thời gian thì tăng tốc độ đến

( tốc độ cắt gọt ). Trong thời gian bàn máy chuyển động với tốc độ và thực hiện gia công
chi tiết. Gần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến , dao được ra khỏi chi
tiết, khi tốc độ của bàn là . Sau đó bàn máy đảo chiều sang hành trình ngược đến tốc độ ,
thực hiện hành trình không tải, đưa bàn máy về vị trí ban đầu. Gần hết hành trình ngược
bàn máy giảm tốc độ sơ bộ đến , đảo chiều sang hành trình thuận, thực hiện một chu kì
khác. Bàn dao được di chyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ hành trình ngược
sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết.
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian :

Trong đó:
– thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy, [s] ;
- thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận, [s] ;
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 6


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

– thời gian bàn máy chuyển động ở hành tỉnh ngược, [s] ;
Giả sử gia tốc của bàn máy lúc tăng lúc giảm tốc độ không đổi thì :

Trong đó: – chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc ( gia tốc ) và quá trình giảm
tốc ( hãm) ở hành trình thuận ;
– chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc ) và quá trình giảm tốc
(hãm) ở hành trình ngược ;
– tốc độ hành trình thuận, ngược của bàn máy.
Từ đó ta được:

Trong đó:

– chiều dài hành trình của bàn máy
- tỉ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận ;
– thời gian đảo chiều của bàn máy.
Khi chọn thì năng suất phụ thuộc hệ số k và thời gian đảo chiều . Khi tăng k thì
năng suất của máy tăng nhưng khi k>3 thì năng suất tăng không đáng kể vì lúc đó thời
gian đảo chiều lại tăng.
Nếu đảo chiều bàn máy >3m thì ít ảnh hưởng đến năng suất mà chủ yếu là k. Khi
nhỏ lớn 120 m/ph thì ảnh hưởng nhiều đến năng suất.
Do vậy một trong những điều chú ý khi thiết kế truyền động chính của máy bào
giường là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp đó là xác định tỉ
số truyền tôí ưu của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục làm việc, đảm bảo máy
khởi động với gia tốc cao nhất.
Xuất phát từ phương trình chuyển động trên trục làm việc:

Trong đó :
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 7


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Ta có gia tốc của trục làm việc :

Lấy đạo hàm của gia tốc và cân bằng với không :

Ta tìm được tỷ số truyền tối ưu là :

Với giả thiết là không đổi.
Nếu coi thì:

Việc lực chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng. Thời gian quá
trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy. Mômen quán tính của máy tăng tỉ
lệ với chiều dài bàn máy.
Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng : thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá
được và bị hạn chế bởi:
-

Lực động phát sinh trong hệ thống.
Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.

2.Yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường.
Do yêu cầu của đề tài nên ta chỉ quan tâm tới truyền động chính: truyền động của bàn
máy bào giường.
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 8


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ 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 ).

Trong đó:
– tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược.
tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận.
Theo yêu cầu ta có 60m/ph; 25 m/ph.Như vậy D =
Thông thường , hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều được cấp

nguồn từ bộ biến đổi ( BBĐ) .Khi điều chỉnh tốc độ được thực hiên theo hai vùng thuận
và ngược, ta dùng hai phương pháp thay đổi điên áp phần ứng và giảm từ thông. Nhưng
sử dụng phương pháp điều chỉnh từ thông thì làn giảm năng suất của máy, vì thời gian
quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn.
Vì vậy, thực tế, người ta thường mở rộng phạm vi điều chỉnh điện áp, giảm phạm vi
điều chỉnh từ thông , hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ trong cả dải bằng thay đổi điện áp
phần ứng.Trong trường hợp này công suất động cơ phải tăng lần.

Điều chỉnh hoàn toàn bằng điện áp ( )

Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn khi phụ tải thay đổi từ không tới
định mức.Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ
truyền với độ tác động cực đại.

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 9


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Đối với máy cỡ lớn = 6m hệ truyền động điện là hê chỉnh lưu dùng thyristor – động
cơ một chiều.

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Động cơ trong truyền động chính là loại động cơ có điều chỉnh tốc độ và đảo chiều
quay. Như vậy để thực hiện truyền động cho bàn máy bào giường ta dùng hệ truyền

động : Bộ biến đổi – động cơ điện một chiều có đảo chiều quay.

1. Phân tích đặc tính và nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.
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 .
Phần ứng ( phần quay) : nối với điện áp lưới qua vành góp và chổi than.
Tác động giữa từ thông và dòng điện phần ứng tạo nên momen quay của động
cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông tạo nên sức điện
động .

Đặc điểm của động cơ một chiều:
-

Ưu điểm: động cơ 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

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 10


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

-

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 góp chổi
than gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ.

1.2 Đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Đặc tính 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 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
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 11

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

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 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)
Phương trình (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ 1 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 1 chiều kích từ độc lập.

2. Chọn công suất động cơ truyền động chính của máy bào giường
1. Số liệu ban đầu :
-

Tốc độ hành trình thuận : = 25 m/ph.

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 12

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”
-

Tốc độ hành trình ngược : = 60 m/ph
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ điện : =v/w = 0,006 m
Hiệu suất định mức của cơ cấu : = 0,81
Hệ số ma sát trượt giữa bàn và gờ trượt : = 0,081
Chiều dài hành trình bàn : = 6 m
Khối lượng bàn : = 600 kg
Lực cắt : = 30 kN
Khối lượng chi tiết : = 500 kg.

2. Chọn sơ bộ động cơ :
Ứng với mỗi chế độ cắt gọt, xác định lực kéo tổng trên trục vít của bộ truyền, công
suất đầu trục động cơ và công suất tính toán. Lực kéo tổng được xác định :
= +
= [ + g()]


-

Với = 0,4. – thành phần thẳng đứng của lực cắt (N).
= 0,081.[0,4 .30000 + 9,8(500 + 600)] = 1845,18 (N)
= + = 30000 + 1845,18 =31845,18 (N)
Công suất động cơ khi cắt chính là công suất động cơ trong hành trình thuận:
= = = 16,38 (kW)

Với hệ thống truyền động điện là bộ biến đổi - động cơ điện một chiều và điều chỉnh
tốc độ động cơ trong cả dải tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì động cơ chọn

theo công suất tính toán :
= . = 16,38. = 39,312 (kW)
Chọn động cơ có công suất định mức lớn hơn hoặc bằng công suất tính toán, có như
vậy động cơ mới có thể đảm bảo được dòng điện cực đại trong hành trình thuận với điện
áp phần ứng không lớn, đồng thời tốc độ cao trong hành trình ngược (khi điện áp lớn).
Từ = => =
 Tốc độ góc lớn nhất của động cơ :

= = = = 166,67 (rad/s)
Tốc độ quay lớn nhất của động cơ :
= = = 1591,58 (vòng/phút)
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 13


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”
 Ta chọn động cơ một chiều loại

H – 290 có thông số như sau:

Công suất định mức: = 46,5 (kW)
Điện áp định mức: = 220 (V)
Dòng điện định mức : = 238 (A)
Tốc độ quay : n = 1600 (vòng/phút)
Số thanh dẫn : N = 278
Số mạch nhánh song song : 2a = 2
Số đôi cực từ : p = 2
Điện trở phần ứng : = 0,035 ()
Từ thông trên 1 cực : = 1,5 . (Wb)

Momen quán tính của phần ứng : = 1,2 (kg). Quy đổi về trục động cơ ta được momen
quán tính
3. Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần và kiểm nghiệm động cơ đã chọn
Ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần I = f(t); trong đó có xét tới cả chế độ làm việc xác
lập và quá trình quá độ.
Chia đồ thị tốc độ của động cơ trong một hành trình kép thành 14 khoảng từ đến :
Khoảng – bàn máy tăng tốc độ tới , không cắt gọt tương ứng với động cơ làm việc
không tải ().
Khoảng – động cơ làm việc với tốc độ ổn định, không tải.
Khoảng – bắt đầu gia công chi tiết, động cơ làm việc với tốc độ ổn định, có tải.
Khoảng – giai đoạn động cơ tăng tốc độ đến tương ứng với tốc độ của bàn máy, có
tải.
Khoảng – giai đoạn cắt gọt, động cơ làm việc với tốc độ ổn định .
Khoảng – động cơ giảm tốc đến , có tải.
Khoảng – động cơ làm việc ổn định với tốc độ có tải
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 14


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Khoảng – dao ra khỏi chi tiết, động cơ làm việc không tải với tốc độ .
Khoảng , – động cơ đảo chiều từ thuận sang ngược.
Khoảng – động cơ làm việc không tải với tốc độ tương ứng với tốc độ của bàn máy.
Khoảng – động cơ giảm tốc độ ở chiều ngược
Khoảng – động cơ làm việc ổn định với tốc độ .
Khoảng – động cơ đảo chiều từ ngược sang thuận, bàn máy bắt đầu thực hiện một hành
trình kép mới.
Trong một hành trình kép có các khoảng thời gian động cơ làm việc ổn định không tải

là , , , và có tải là , , . Các khoảng thời gian động cơ làm việc ở quá trình quá độ , , , , , , .
Ta phải xác định được dòng điện động cơ trong tất cả các khoảng thời gian đó.
a. Xác định dòng điện trong chế độ làm việc ổn định :
Để xác định dòng điện động cơ trong các khoảng thời gian làm việc ổn định ta xác
định theo giản đồ : P(t) M(t) I(t)
Với P(t), M(t), I(t) là công suất, momen, dòng điện trong các khoảng thời gian làm việc
ổn định.
-

Công suất đầu trục động cơ khi không tải ở hành trình thuận là:

= +
- tổn hao không tải trong hành trình thuận;
- tổn hao do ma sát trên gờ trượt của bàn máy.
= a. = 0,6. .(1-) = 0,6 . 16,38 .(1- 0,81) = 1,867 (kW)
= = = 0,364 (kW)
Với a = 0,6 (+ ; – công suất hữu ích
= + = 1,867 + 0,364 = 2,231 (kW)
K = = = 1,263
Momen điện từ định mức của động cơ:
= K. = 1,263 . 238 = 300,59 (Nm)
-

-

Momen không tải của động cơ :

= K. - = 300,59 - = 23,064 (Nm)
-

Momen điện từ lúc không tải :
= +M= +

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 15


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Với = /
– tốc độ vào dao, chọn = 10 m/ph => = / = = 27,778 (rad/s)
 = + M = + = 23,064 + = 103,379 (Nm)
- Dòng điện không tải:
= = = 81,852 (A)
-

Tốc độ động cơ ở hành trình thuận :
= / = = 69,44 (rad/s)

-

Momen điện từ của động cơ ở hành trình thuận khi tải đầy là:
= + = + = 23,064 + = 258,95 (Nm)
Dòng điện của động cơ khi tải đầy là :
= = = 205,03(A)

-

Công suất động cơ trong hành trình ngược khi dùng phương pháp điều chỉnh điện

áp trong cả dải tốc độ :
= . = 2,231. = 5,354 (kW)

= / = = 166,67 (rad/s)
-

Momen điện từ ở hành trình ngược :
= + = 23,064 + = 55,187 (Nm)

-

Dòng điện động cơ trong hành trình ngược :
= = = 43,695 (A)

b. Xác định dòng điện trong các khoảng thời gian động cơ làm việc ở quá trình quá độ
Hệ thống truyền động điện có tự động điều chỉnh, đảm bảo có hạn chế dòng điện và
duy trì nó ở giá trị cực đại cho phép trong quá trình quá độ. Đối với động cơ một chiều,
= (2 2,5)., ta chọn = 2. = 476 (A)
c. Xác định thời gian của các khoảng làm việc
- Thời gian của quá trình quá độ có thể xác định bằng công thức gần đúng :
t = ( - ) = ( - ).
Với
-

J = 3 (kg)

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 16

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”
-

, – momen, dòng điện động cơ trong quá trình quá độ ;
, - momen, dòng điện phụ tải của động cơ
, - tốc độ ở cuối và đầu quá trình quá độ.

+ Với
Ta có: = = = (27,778-0) = 0,167 (s)
+ Với
Ta có: = = (69,44 – 27,778) = 0,365 (s)
+ Với
Ta có: = (166,67 – 0) = 0,915 (s)
+ Với
Ta có: = (166,67 – 27,778) = 0,7625 (s)
-

Các khoảng thời gian , , , chọn theo kinh nghiệm vận hành:

Chọn = 0,25 và
-

0,1.

Thời gian làm việc ổn định ở hành trình thuận được xác định như sau :
= (s)

– chiều dài bàn máy di chuyển trong khoảng thời gian :
= - = =6 = 5,6926 (m)

 = = = 13,6622 (s)
- Thời gian làm việc không tải ở tốc độ là: = (s)

– chiều dài bàn máy di chuyển trong khoảng thời gian :
= - = =6= 5,042 (m)
 = = = 5,042 (s)
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 17


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

d. Xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần I = f(t) :
Từ các số liệu dòng điện trong quá trình quá độ và xác lập ở các khoảng thời gian
tương ứng, ta vẽ được đồ thị dòng điện biến thiên theo thời gian như ở hình sau :

Hình 2.2 Biểu đồ tốc độ và dòng điện của máy bào giường
e. Kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện phát nóng
Sử dụng phương pháp dòng điện đẳng trị để kiểm nghiệm. Từ đồ thị ta có :
=
Trong đó : – thời gian của một chu kì có xét đến hiện tượng tỏa nhiệt do tốc độ thấp và
quá trình quá độ, nếu động cơ tự thông gió. Khi động cơ thông gió độc lập thì lấy = .
Ta có:
- Thời gian ứng với dòng :
+ = 0,167 + 0,365 + 0,365 + 0,167 + 0,915 + 0,7625 + 0,167 = 2,9085 (s)
- Thời gian ứng với dòng :
= 0,1 + 0,1 = 0,2 (s)
- Thời gian ứng với dòng :
= 5,042 + 0,25 = 5,292 (s)

- Thời gian ứng với dòng :
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 18


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

= 0,1 + 13,6622 + 0,1 =13,862 (s)
= = 2,9085 + 0,2 + 5,292 + 13,862 = 22,2625 (s)
= = 237,25 (A)
Vì 238 >237,25 =>
Vậy động cơ được chọn đạt yêu cầu về phát nóng.

3. Lựa chọn phương án truyền động.
Do chỉnh lưu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển được khi mở và
khóa theo điện áp lưới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó khăn. Cấu trúc
mạch lực và mạch điều khiển hệ truyền động T-Đ đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có
điều khiển logic chặt chẽ
-

Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T-Đ đảo chiều quay.
+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
+ Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.

Cụ thể ta sẽ sử dụng “ Hệ truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng động cơ
điều khiển riêng” , dòng kích từ động cơ được giữ không đổi.

Hình 2.3 Sơ đồ hệ truyền động điều khiển riêng
Khi điều khiển, hai bộ biến đổi làm việc độc lập, riêng rẽ với nhau. Tại một thời điểm

chỉ phát xung cho một bộ biến đổi còn bộ kia bị khóa do không có xung điều khiển . Loại
mạch này loại bỏ được dòng cân bằng chạy quẩn giữa các van. Vì vậy không cần dùng
cuộn kháng cân bằng. Song trong quá trình đảo chiều cần có “ thời gian chết” (nhỏ nhất
là vài ms) để cho các van của các bộ ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khóa rồi mới

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 19


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

bắt đầu phát xung điều khiển cho bộ kia hoạt động. Vì vậy cần một khối logic đảo chiều
tin cậy và phức tạp. Điều này sẽ được nói rõ hơn ở những chương sau.
Nhận xét:
 Ưu điểm: dễ tự động hóa 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 điều chỉnh tự động nhiều
vùng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
 Nhược điêm: hệ T-Đ có van bán dẫn có tính phi tuyến,dạng điện áp chỉnh lưu ra có
biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các hệ truyền động có
công suất lớn còn làm xấu điện áp của nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số cos của hệ
nói chung là thấp.

CHƯƠNG 3:
1.

TÍNH CHỌN MẠCH LỰC

Tính chọn bộ biến đổi.

Do công suất của động cơ lớn ( >30kW) do đó ta phải dung chỉnh lưu cầu 3 pha
điều khiển hoàn toàn.

Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn bằng thyristor
Người ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở của
các thyristor.
Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm:
Nhóm katot chung:
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 20


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Nhóm anot chung:
Điện áp các pha thứ cấp máy biến áp:

Dạng sóng của chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển.
Hoạt động của sơ đồ : Giả thiết đang cho dòng chảy qua. .
Khi cho xung điều khiển mở . Thyristor này mở vì Sự mở của làm cho bị khóa
lại một cách tự nhiên vì Lúc này và cho dòng chảy qua. Điện áp trên tải:

Khi cho xung điều khiển mở . Thyristor nàu mở vì khi dẫn, nó đặt lên anot .
Khi thì . Sự mở của làm cho bị khóa lại một cách tự nhiên vì .
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 21

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến cực điều khiển của các
Thyristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1,… Trong mỗi nhón, khi một Thyristor mở nó sẽ
khóa ngay Thyristor dẫn dòng trước nó:
Thời điểm mở khóa
Thời điểm mở khóa
Thời điểm mở khóa
Thời điểm mở khóa
Thời điểm mở khóa
Thời điểm mở khóa
Giá trị trung bình của điện áp tải:

Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp máy biến áp:

Sơ đồ hệ T-D đảo chiều động cơ điều khiển khiển riêng dùng chỉnh lưu cầu 3 pha
2.

Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu.
2.1 Tính các thông số cơ bản.

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 22


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”

Chọn máy biến áp 1 pha làm mát tự nhiên bằng không khí

Điện áp sơ cấp MBA:
Thông số khi chỉnh lưu:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :
Trong đó:

Thông thường . Ta chọn
Từ đó ta thay vào được:
Công suất tối đa của tải:
Công suất máy biến áp nguồn cấp được tính là:
.
Trong đó:
: hệ số công suất đối với chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển hoàn toàn.
Điện áp thứ cấp máy biến áp:

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp MBA là:

Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp là:

Vậy tham số mba cần có là:
Công suất mba:
Điện áp sơ cấp mba:
Dòng điện sơ cấp
Điện áp thứ cấp mba:
Dòng điện thứ cấp:
2.2 Tính toán sơ bộ mạch từ ( xác định kích thước bàn mạch từ )
Hoàng Công Cường - 20130500

Page 23

“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”
-

Tiết diện sơ bộ trụ

Thay số:

-

Đường kính của trụ:

-

Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 12 (cm).
Chọn loại thộp 330 cocf lò thép có độ dày 0,5 (mm)
Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ
Chọn tỷ số m = h/d = 2,3 suy ra h = 2,3d = 2,3.12 = 28 (cm)
Vậy chọn chiều cao trụ 28 (cm)
2.3 Tính toán dây quấn
Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA

-

Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA.

-

-

Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA; với dây dẫn bằng đồng và loại MBA

khô có A/, Chọn J = 2,75 A/
Tiết diện dây dẫn sơ cấp MBA
(
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hóa tiết diện theo tiêu
chuẩn : 33,6
Kích thước dây :
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
A/
Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA.
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hóa tiết diện theo tiêu
chuẩn:
Kích thước dây :
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
(A/
2.4 Kết cấu dây quấn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 24


“Thiết kế hệ truyền động bàn máy bào giường”
-

Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp
Trong đó

-

Thay số:
Tính sơ bộ dây ở cuộn sơ cấp:

-

Chọn số lớp . Như vậy chia thành 4 (lớp) mỗi lớp có 33 (vòng).
Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
Chọn ống quấn dây làm bàng vật liệu cách điện có bề dày:
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp:
Đường kính trong của ống cách điện:
Đường kính trong cuộn sơ cấp:
Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn sơ cấp:
Bề dày cuộn sơ cấp:

Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:

Đường kính trung bính của cuộn sơ cấp:

Chiều dài dây quấn sơ cấp:

Chọn bê dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp :
2.5 Kết cấu dây quấn thứ cấp.
-

Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:

-

Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp:

-

Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
(lớp)

Hoàng Công Cường - 20130500

Page 25