Thiết kế hệ truyền động cho máy mài DA3

1
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU……………………..……………………………………………….……..

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................3
1.1. Đặt vấn đề..................................................................................................……3
1.2. Phân loại máy mài
1.3. Các đặc điểm truyền động máy mài tròn............................................................4
1.3.1. Truyền động chính.......................................................................................4
1.3.2. Truyền động ăn dao......................................................................................4
1.3.3. Truyền động phụ..........................................................................................5
1.4. Đặc tính cơ của máy mài.....................................................................................5

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG..................8
2.1. Thiết kế hệ truyền động máy mài tròn................................................................8
2.1.1. Phân tích yêu cầu.........................................................................................9
2.1.2. Phương pháp lựa chon..................................................................................9
2.1.3. Thiết kế hệ truyền động máy mài tròn dùng bộ biến tần ………………….11

2.2. Tính chọn động cơ cho hệ truyền động.............................................................12
2.2.1. Tính toán chọn động cơ..............................................................................12
2.2.2. Tính toán thông số mạch lực......................................................................17
2.2.3. Mạch điều khiển.........................................................................................26
2.4. Mô phỏng hệ truyền động cho hệ thống sử dụng phần mềm MATLAB

SIMULINK............................................................................................................29

KẾT LUẬN............................................................................................................30
Tài liệu tham khảo..............................................................................................31

2
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ cua tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điên-điện tử-tin học
trong những năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu sắc về cả mặt lý thuyết
lẫn thực tiễn trong lĩnh vực truyền điện tự động . Đó là sự ra đời và ngày càng
hoàn thiện của các bộ biến đổi công suất,với kích thước gọn nhẹ,độ tác dộng
nhanh,dễ dàng ghép nối với các mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử,vi xử lý,
…Các hệ truyền động điện tự động ngày nay thường sử dụng nguyên tắc điều
khiển vecto cho các động cơ xoay chiều. Phần lớn các mạch điều khiển đó dùng
kỹ thuật số với phần mềm linh hoạt,dễ dàng thay đổi cấu trúc,tham số cũng như
luật điều khiển. Điều này làm cho các hệ truyền động điện tăng độ chính
xác,làm cho việc chuẩn hóa chế tạo các hệ truyền động điện hiện đại có nhiều
đặc tính làm việc khác nhau,dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu công nghệ sản xuất.
Do vậy, đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ giúp chúng ta nắm chắc hơn
những kiến thức cơ sở những hệ thống truyền động điện kinh điển đồng thời nó
cũng nhằm mục đích cho chúng ta từng bước tiếp cân với thực tế, tiếp cận với
những hệ truyền động điện hiện đại.
Nội dung đồ án được chia làm 2 chương:
Chương 1: Cơ sơ tý thuyết.
Chương 2: Tính toán ,thiết kế và mô phỏng hệ truyền động máy mài tròn.
Để có thể hoàn thành được đồ án này,bên cạnh sự cố gắng của cá nhân em
cũng như các bạn trong nhóm, còn nhờ sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của
PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư, tuy nhiên do thời gian nghiên cứu ngắn và trình độ
bản thân còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong

các thầy hướng dẫn và bổ sung thêm để đồ án này được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Trần Ninh Linh

3
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


4
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Đặt vấn đề
Trong ngành chế tạo máy. những chi tiết máy yêu cầu có độ cứng, độ chính xác

và độ bóng bề mặt cao thƣờng phải qua các nguyên công gia công bán tinh và gia
công tinh là nguyên công mài trên máy mài sau khi đã qua các nguyên công gia công
thô hoặc nhiệt luyện. Máy mài là máy công cụ thực hiện nguyên công gia công tinh
chính xác cao các chi tiết máy bằng phƣơng pháp dùng đá mài có chuyển động quay
tốc độ cao để cắt đi những lớp kim loại mỏng từ bề mặt chi tiết. Thông thƣờng máy
mài chỉ gia công những chi tiết đã qua các nguyên công gia công thô trên các máy
khác nên lượng dư cắt gọt còn lại trênchi tiết cho nguyên công mài là không lớn. Hiện
nay, trong một số trường hợp máy mài cũng được dùng để gia công thô. Các bề mặt
đƣợc gia công trên máy mài có thể là mặt phẳng, mặt trụ ngoài hoặc trong, mặt côn,
mặt định hình, các mặt xoắn của ren vít, răng bánh ràng .vv… . Căn cứ vào công dụng
máy mài có thể phân thành các loại như sau: máy mài tròn ngoài, máy mài tròn trong,

máy mài không tâm, máy mài mặt phẳng, máy mài chuyên dùng (mài thô, mài sống
trƣợt, then hoa, trục khuỷu...), máy mài sắc, máy mài chính xác cao (máy mài doa,
máy mài bóng, máy mài siêu bóng),
1.2. Phân loại máy mài
Máy mài có hai loại chính: Máy mài tròn và máy mài phẳng. Ngoài ra, còn có các
loại máy khác nhau: 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 trụ đá mài, trên đó có
trục chính với đá mài. Cả hai đều đặt trên bệ máy.

Hình 1.1. Hình dáng chung của máy mài công nghiệp
Máy mài tròn có hai loại: máy mài tròn ngoài và máy mài tròn trong. Sơ đồ
biểu diễn công nghệ mài tròn được biểu diễn trên hình 1.1.
5
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Hình 1.2. Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn
Các dạng chuyển động trong máy mài tròn gồm có:
- Chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài.
- Chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá ăn dao theo hường dọc
trục (ăn dao dọc trục) hoặc 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...
Máy mài phẳng có hai loại: mài bằng biên đá và mặt .Chi tiết được kẹp trên bàn
máy tròn hoặc chữ nhật. Ở máy mài bằng biên đá, đá mài quay tròn và chuyển động
tịnh tiến ngang so với chi tiết, bàn máy mang chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại.
Chuyển động quay của đá là chuyển động chính, chuyển động ăn dao là di chuyển của
đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển động của chi tiết (ăn dao dọc). Ở máy mài bằng mặt
đầu đá, bàn có thể là tròn hoặc chữ nhật, chuyển động quay của đá là chuyển động
chính, chuyển động ăn dao là di chuyển ngang của đá (ăn dao ngang) hoặc chuyển

động tịnh tiến qua lại của bàn mang chi tiết (ăn dao dọc).
Một tham số quan trọng của chế độ mài là tốc độ cắt (m/s):V= 0,5d.ω .10
đ

-3

với d - đường kính đá mài, [mm]; ω - tốc độ quay của đá mài, [rad/s]
đ
Thường v = 30 ÷ 50 m/s.

1.3.

Các đặc điểm truyền động điện máy mài tròn
6
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


1.3.1. Truyền động chính
Thông thường truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên
sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. ở máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ
cắt 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 của đá khoảng 1000 vòng/phút. ở những máy có đường kính nhỏ, tốc độ
đá rất cao. Động cơ truyền động là các động cơ đặc biệt có tốc độ 24000 ÷ 48000
vòng/phút hoặc có thể lên tới 150000 ÷200000 vòng/phút, đá mài gắn trên trục động
cơ. Nguồn của động cơ là các bộ biến tần, có thể là các máy phát tần số cao - biến tần
quay hoặc là các bộ biến tần tĩnh - biến tần thyristor.
Mômen cản tĩnh trên trục động cơ thường là 15 ÷20% mômen định mức.

Mômen quá tính của đá và cơ cấu truyền lực lại lớn 500 ÷600% mômen quán tính của
động cơ, do đó cần hãm cưỡng bức động cơ quay đá và không yêu cầu đảo chiều quay
động cơ quay đá.
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
phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Truyền động ăn dao dọc của bàn máy tròn cỡ lớn thực hiện theo hệ BBĐ - ĐM
với dải điều chỉnh tốc độ D = (20 ÷ 25)/1 còn truyền động ăn dao ngang sử dụng thuỷ
lực.
1.3.3. Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.

1.4. Đặc tính cơ của máy mài
7
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Đặc tính của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng phương trình:
trong đó:

M c  M co  ( M dm  M co )(

 
)
dm

Mco - Mômen ứng với tốc độ ω=0
Mdm - Mômen ứng với tốc độ định mức ωdm

Mc - Mômen ứng với tốc độ
α - số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy mài nói riêng và máy cắt
gọt kim loại nói chung, q thường nhận hai giá trị α=1 (ứng với truyền động chính và
α = const) và α=0 (ứng với truyền động ăn dao Mco = Mđm = const).
Từ đó, ta thấy nói chung momen tải là không đổi. Tuy nhiên, trong vùng tốc độ
thấp, lượng ăn dao nhỏ, lực cắt bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn. Trong vùng này,
tốc độ ăn dao giảm làm cho lực ăn dao và momen cũng giảm theo. Vùng tốc độ cao thì
bị giới hạn bởi công suất của động cơ truyền động nên tại đó, momen cũng phải giảm
để không làm công suất của truyền động quá lớn. Tóm lại, ta có đặc tính cơ phụ tải
truyền động quay chi tiết như sau:

a. Truyền động chính

b. Truyền động ăn dao

Hình 1.3. Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài

Như vậy, nhiệm vụ của truyền động động cơ là phải làm đặc tính điều chỉnh của
8
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


nó giống đặc tính cơ của máy cắt.
- Chế độ làm việc: Khi gia công mài, chi tiết quay liên tục còn đá mài di chuyển
trên bề mặt vùng cần gia công. Do đó, chế độ làm việc của truyền động ăn dao là chế
độ làm việc dài hạn và không yêu cầu đảo chiều.
- Chế độ tải: Khi hệ thống làm việc, chi tiết được lắp trên trục của tang trống và
quay với vận tốc tỉ lệ với tốc độ của trục động cơ. Do đó, động cơ mang tải ngay từ
đầu. Do chế độ gia công khác nhau, các chi tiết khác nhau, nên không qui đổi momen
quán tính của chi tiết về trục động cơ mà coi chi tiết như một tải có sẵn trên trục động

cơ.
- Độ ổn định tốc độ: Rõ ràng, tốc độ quay càng ổn định thì chất lượng gia công
càng cao, bề mặt mài càng nhẵn, bóng. Yêu cầu đối với truyền động ăn dao máy mài:
Δω% ≤ (5÷10)%
- Tính kinh tế: Thiết bị cho hệ truyền động phải rẻ, nhưng vẫn đủ cung cấp hiệu
quả cao nhất cho hệ. Đồng thời, thiết bị phải dễ kiếm và hoạt động tin cậy trong chế độ
dài hạn.
Căn cứ vào yêu cầu đề ra, ta phải thiết kế hệ thống đạt được những yêu cầu sau:
- Dải điều chỉnh tốc độ: D = ωmax : ωmin = 480 : 48 = 10 : 1.
- Điều chỉnh vô cấp tốc độ, không yêu cầu đảo chiều.
- Điều chỉnh giữ mômen không đổi và bám theo momen tải.
- Điều chỉnh giữ ổn định tốc độ.
- Làm việc dài hạn, tin cậy.
- Giá thành hạ

9
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


CHƯƠNG 2.THIẾT KẾ ,TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN
ĐỘNG MÁY MÀI TRÒN
2.1. Thiết kế hệ truyền động máy mài tròn
2.1.1. Phân tích yêu cầu thiết kế
Như trên đã nói, chuyển động quay của chi tiết mài chính là chuyển động ăn
dao. Đối với máy mài tròn, ở các máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết (truyền động
ăn dao) thường dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ, điều tốc bằng cách điều
chỉnh số đôi cực. Ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi - động cơ một
chiều/động cơ đồng bộ. Công suất mà đề bài yêu cầu là nhỏ, do đó ở đây sẽ dùng động
cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc để truyền động quay chi tiết. Trước đây, động
cơ điện một chiều thường được ưa chuộng hơn, kể cả trong dải công suất nhỏ vì tính

điều chính đơn giản và tuyến tính của nó. Tuy nhiên, ngày nay, công nghệ điện tử và vi
điều khiển phát triển mạnh mẽ, việc điều khiển động cơ không đồng bộ không còn là
khó khăn nữa, hơn nữa động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc rẻ hơn động cơ một
chiều cùng công suất nhiều và rất phổ biến trên thị trường với dải công suất rộng, do
đó, hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng của chúng ta.
Do yêu cầu điều chỉnh trơn tốc độ nên ta dùng bộ biến tần để cấp nguồn cho
động cơ. Hơn nữa, việc dùng biến tần cho ta dễ dàng mở rộng dải điều chỉnh, dễ dàng
áp đặt các kỹ thuật điều khiển hiện đại, áp đặt nhanh và chính xác momen, điều chỉnh
trơn và ổn định tốc độ. Ngoài ra, biến tần hoạt động tin cậy và chắc chắn, dễ dàng cài
đặt tham số điều khiển, có thể dùng 1 biến tần cho nhiều loại truyền động. Do đó, việc
sử dụng biến tần đã trở thành một chuẩn công nghiệp. Có nhiều hãng lớn sản xuất biến
tần rất nổi tiếng như ABB, Siemens, … với các sản phẩm rất nổi tiếng trên thị trường,
tuy nhiên ở đây, ta sẽ thiết kế lại bộ biến tần để phục vụ cho bài toán yêu cầu mà
không sử dụng biến tần sẵn có.
Biến tần có 2 loại: biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp. Sau đây sẽ phân tích
ưu nhược điểm của từng loại để chọn ra loại biến tần thích hợp nhất với ứng dụng của
ta.

10
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


 Biến tần trực tiếp(Cycloconverter)

Hình 2.1. Biến tần trực tiếp sơ đồ tia 3 pha.


Ưu điểm:

- Mạch chỉ cần dùng van Tiristor thông thường, quá trình chuyển mạch theo

điện áp lưới.
- Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian một chiều nên hiệu suất rất cao.
- Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố.
- Thường sử dụng cho dải công suất rất lớn đến vài chục MW.


Nhược điểm:

- Sử dụng nhiều van bán dẫn làm cho mạch điều khiển rất phức tạp.
- Hệ số công suất thấp.
Tóm lại, với ứng dụng là hệ truyền động cho máy mài, ta không dùng loại biến
tần này.
 Biến tần gián tiếp:

Biến tần gián tiếp khác biến tần trực tiếp ở chỗ nó có khâu trung gian một
chiều. Nhờ có khâu trung gian một chiều này mà khâu chỉnh lưu và khâu nghịch lưu là
cách ly nhau và điều chỉnh độc lập với nhau. Tần số đầu ra nhờ đó có thể được điều
chỉnh mà không phụ thuộc tần số đầu vào. Tùy thuộc vào khâu trung gian một chiều
11
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


mà phân ra thành biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp.
 Biến tần nguồn dòng

Hình 2.2. Biến tần nguồndòng
Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf, thực hiện chức năng nguồn dòng
cho bộ nghịch lưu.
 Ưu điểm:
- Có khả năng trả năng lượng về lưới.

- Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi.
- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW
 Nhược điểm:
- Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ.
- Cồng kềnh vì có cuộn kháng.
- Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ.
Do đó, với ứng dụng máy mài với tải chỉ vào khoảng 2,2kW của ta, biến tần
nguồn dòng rõ ràng là không phù hợp.
 Biến tần nguồn áp

Khâu trung gian một chiều là tụ C f, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ
nghịch lưu.
 Ưu điểm:
- Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW
- Hệ số công suất của mạch lớn (gần bằng 1)
- Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải, dòng điện cho tải qui
định.
12
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


- Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khử đập
mạch momen.
 Nhược điểm: Không trả được năng lượng về lưới, nếu muốn trả năng lượng
về lưới phải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu
ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư.
Như vậy, đến đây, ta thống nhất chọn bộ biến đổi là biến tần nguồn áp. Phần
tiếp theo sẽ chọn phương pháp điều khiển cho loại biến tần này.
2.1.2. Phương pháp lựa chọn
 Ta sử dụng phương pháp điều khiển biến tần :

Có rất nhiều phương pháp điều khiển cho biến tần nguồn áp. Phổ biến trong
công nghiệp là điều khiển theo luật const , điều khiển theo hệ số trượt, điều khiển tựa
từ thông rotor (FOC) .Đồ án này chủ định nghiên cứu ứng dụng phương pháp FOC
cho điều khiển bộ biến tần nguồn.
Tổng hợp bộ điều chỉnh FOC
Đây là một phương pháp mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần
và động cơ không đồng bộ là rất chặt chẽ. Logic chuyển mạch của biến tần dựa trên
trạng thái điện từ của động cơ không đồng bộ mà không cần đến điều chế độ rộng
xung áp của biến tần. Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến với các phần tử tính
toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu
ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây.
Cấu trúc của hệ thống điều khiển định hướng trường định hướng trường (Field
Oriented Control -FOC) trong điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha được trình
bày trong hình vẽ sau:
 Mô hình hệ thống FOC:

13
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý phương pháp FOC

Bằng việc mô tả ĐCKĐB ba pha trên hệ tọa độ từ thông rotor, vector
sẽ chia thành hai thành phần: để điều khiển từ thông rotor , isq để điều khiển
momen quay Te, từ đó có thể điều khiển tốc độ của động cơ:

❖ Xây dựng thuật toán điều khiển
Thuật toán của từng khối trong hệ thống điều khiển định hướng trường (hình
2.3) được trình bày như sau:

14
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Hình 2.4. Các đại lượng is , r của động cơ trên các hệ toạ độ
Các phương trình chuyển đổi hệ toạ độ:
Chuyển a,b,c

  :
i s ia
i s 

1
3

(ia  ib )

Chuyển   d,q :
isd = iscos + issin
isq = iscos - issin
Chuyển   a,b,c :
Chuyển d,q  
is = isdcos - isqsin
15
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


is = isdsin + isqcos
Để dễ theo dõi ta ký hiệu :
Chỉ số trên s: xét trong hệ toạ độ stato (toạ độ ,)

f: trong toạ độ trường (field) từ thông rôto (toạ độ dq)
r: toạ độ gắn với trục rôto.
Chỉ số dưới s: đại lượng mạch stato
r: đại lượng mạch rôto
Phương trình mômen :
3
3
m M  . p.( r  i s )  . p.( r  i r )
2
2

(2-1)

Phương trình chuyển động :
m M mc 

J d
p dt

(2-2)

Phương trình điện áp cho ba cuộn dây stato :

sa (t )
dt
 (t )
u sb (t ) Rs .isb (t )  d sb
dt
 (t )
u sc (t ) Rs .isc (t )  d sc

dt
u sa (t ) Rs .isa (t )  d

(2-3)

Tương tự như vectơ dòng điện ta có vectơ điện áp:
us(t)= 2/3.[usa(t) + usb(t).ej120 + usc(t).ej240]
Sử dụng khái niệm vectơ tổng ta nhận được phương trình vectơ:

ss
u R .i  d
dt
s
s

s
s s

(2-4)

Trong đó uss, iss, ss là các vectơ điện áp, dòng điện, từ thông stato.
Khi quan sát ở hệ toạ độ ,:
Đối với mạch rôto ta cũng có được phương trình như trên, chỉ khác là do cấu tạo
các lồng sóc là ngắn mạch nên ur=0 (quan sát trên toạ độ gắn với trục rôto)
Từ thông stato và rôto được tính như sau:
16
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


rr

0 R .i  d
dt
r
r r

s = isLs+irLm

(2-5)

r = isLm+irLr
Trong đó Ls : điện cảm stato Ls = Ls+ Lm (Lós : điện cảm tiêu tán phía stato)
Lr : điện cảm rôto Lr = Lr+ Lm (Lór : điện cảm tiêu tán phía rôto)
Ls : hỗ cảm giữa rôto và stato
(Phương trình từ thông không cần đến chỉ số hệ toạ độ vì các cuộn dây stato và
rôto có cấu tạo đối xứng nên điện cảm không đổi trong mọi hệ toạ độ).
Từ đó ta được cái đại lượng sau :
Mạng tính dòng (MTi)

Mạng tính áp (MTu)

Tính góc

Chuyển đổi hệ tọa độ dòng điện (CTĐi)

17
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Bộ biến đổi (BBĐ)
Chuyển đổi hệ tọa độ dòng điện (CTĐi)

Bộ biến đổi điện áp (bộ điều chế vector không gian)

Khâu điều chế tốc độ quay (ĐC)
Là khâu hiệu chỉnh PI:

Các khâu điều chế dòng (DCid và DCiq)
Khâu điều chế dòng isd (DCid)

Khâu điều chế dòng isq (DCiq)

Chú ý: Xét trong hệ tọa độ từ thông rotor nên ,,
Các thông số KP và KI trong các bộ điều khiển PI được hiệu chỉnh sao cho hệ
thống đạt tới đáp ứng tốt nhất

Từ phân tích trên ta có hệ thống điều khiển như hình vẽ:

18
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ trên dq.
Mô hình thực :

Hình 2.6. Thu thập giá trị thực của vector dòng stator trên hệ tọa độ dq.
 Đánh giá đáp ứng của thuật toán điều khiển FOC
-

Hệ thống ổn định.

-

Sai số xác lập của tốc độ nhỏ, sai số xác lập của từ thông rotor lớn.

-

Thời gian đáp ứng của hệ thống tương đối nhanh.

-

Momen tải không tác động nhiều đến đáp ứng của tốc độ, và đáp ứng của từ
thông rotor.

-

Chất lượng đáp ứng suy giảm khi bị nhiễu tác động lên tín hiệu hồi tiếp.
19
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


-

Hệ thống dễ mất ổn định khi có sai số mô hình hay bị tác động của nhiễu.

-

Dòng điện khởi động lớn so với dòng điện làm việc; dòng khởi động tăng lên
khi có sai số mô hình.

2.1.3. ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM BIẾN TẦN SỬ DỤNG LUẬT FOC VÀ VỊ

TRÍ ỨNG ỤNG
2.1.3.1 Ưu điểm biến tần sữ dụng luật foc
- Cho phép mở rộng dãy điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ
thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều
- hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần sử dụng luật foc có kết cấu
đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau.
- khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dể dàng
- có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau .
- các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc(dệt, băng tải….)
- các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc làm việc cao (máy li tâm, máy mài……)

2.1.3.2. Nhược điểm
- Bên cạnh những ưu điểm đạt được thì phương pháp này vẫn tồn tại những
nhược điểm cần khắc phục: trong truyền động điều khiển vecto ảnh hưởng bởi
thông số của máy điện như điện trở điện cảm……
- Đáp ứng moment đưới tác dụng của điều khiển dòng bị giới hạn bởi dây quấn
phần ứng .
- Để điều khiển dòng điện cần biết vị trí roto của động cơ , vì vậy cần có bộ đo
vị trí gây phức tạp trong truyền động và độ tin cậy cơ khí khi hoạt động ở tốc độ
cao.

2.1.3.3. vị trí ứng dụng
- Với những ưu điểm như vậy phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không
đồng bộ ba pha sử dụng biến tần luật foc ngày càng được sử dụng rộng rãi trong
sản suất đặc biệt là trong công nghiệp. đem lại nhiều lợi nhuận kinh tế cho con
người.

20
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH

Hình 2.7. Mô hình đáp ứng của hệ thống
2.1.4. Thiết kế hệ truyền động máy mài tròn dùng bộ biến tần
 Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động

Hình 2.8. Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động
 Mạch lực bao gồm

+ Khối chỉnh lưu: 6 diode
+ Khối nghich lưu: 6 Transistor, 6 diode ngîc
+ Khối lọc
21
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


 Nguyên lý hoạt động của biến tần:

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành
nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode
và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ
thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch
lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện
thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế
độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực
hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng
ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Hình 2.9. Nguyên lý của hoạt động bộ biến tần
2.2. Tính toán chọn động cơ cho hệ truyền động máy mài tròn
2.2.1. Tính chọn động cơ

Yêu cầu của hệ thống:
Momen cực đại (Mmax)

: 25Nm

Tốc độ quay chi tiết (n)

: 48 ÷ 480 vòng/phút

Tỉ số truyền (i)

:3

Hiệu suất (η)

: 0,8
22
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Momen quán tính cơ cấu (J) : 0,009 kg/s

2

Phạm vi điều chỉnh tốc độ, quy đổi về trục động cơ
Tốc độ bé nhất của chi tiết

nmin ct  48v / p
min ct 


48
 5, 03rad / s
60
2

Tốc độ quay lớn nhất chi tiết:

nmax ct  480v / p
max ct 


480
 50,3rad / s
60
2
D

 Dải điều chỉnh:

max 10

min 1

Quy đổi về trục động cơ qua hộp số có tỉ số truyền i=3.

min  i.min ct  3.5, 03  15, 09(rad / s)
max  i.max ct  3.50,3  150,9(rad / s)
Tính momen quy đổi về trục động cơ:
Momen cực đại ở tang trống Mmax=25Nm.

 momen quy đổi là :

M qd 

M max
25

 10, 42 Nm
 .i
0,8.3

Công suất cơ cực đại yêu cầu của động cơ:

Pmax  M qd .max  10, 42.150,9  1,57 KW
23
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Ngoài ra còn cần phải chọn hệ số an toàn về công suất trong trường hợp quá tải, lấy hệ
số an toàn k=1,2 (k = 1,21,5).


Pcần =1,2 . 1,57=1.884 kw

Vì vậy ta chọn động cơ: cần có công suất lớn hơn Pmax = 1,884 kW, có Momen định
mức ≥ 10,42Nm, có dải điều chỉnh ít nhất là D = (10:1), và tốc độ định mức cỡ 150,9
rad/s tức là cỡ 1440 vòng/phút.
Trên cơ sở đó, ta chọn động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc ABB có thông số
như sau
-

Tên

: M3AA 100LC 3GAA 102 313 - CG2.

-

Công suất định mức

: Pđm = 2,2 kW

-

Điện áp dây định mức

: U1đm = 400V

-

Tần số định mức

: f = 50Hz

-

Số đôi cực

:p=2

-

Tốc độ định mức

: nđm = 1450 vòng/phút

-

Hiệu suất

: η = 86,8%

-

Hệ số công suất

:

cosφ = 0,77 , sinφ = 0,638

-

Dòng Stator định mức

:

I1dm = 4,8A

-

Dòng Stator khởi động

:

Is = 4,8 . 8,5 = 40,8 A.

-

Momen định mức

:

Mdm = 14,5Nm

-

Momen khởi động định mức(s=1): Ms = 14,5 . 4 = 58 Nm

-

Momen tới hạn

-

Momen quán tính

:

J = 0,009 kgm2

-

Trọng lượng

:

m = 25kg

:

Mth = 14,5 . 4,6 = 66,7

 Tính toán tham số động cơ

24
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH


Hình 2.10. Mạch điện thay thế một pha động cơ không đồng bộ
Do yêu cầu xây dựng bộ điều khiển cho động cơ, ta phải xây dựng được mô hình
động cơ. Để xây dựng được mô hình động cơ, ta phải xác định các đại lượng R1, R2,
X1, X2, Xµ.
Ta có:

3.U .I .cos  

P

Pdm



 3.400.4.8.0, 77 

220
 2,53kW
0,868

(1)

Tốc độ đồng bộ:

ndm 

60 f 60.50

 1500
p
2
vòng/phút

(2)

Hệ số trượt định mức:

Sdm 

ns  ndm 1500  1450

 0, 033
ns

1500

(3)

U1dm
400

 48,11
3I1dm
3.4,8

(4)

Tổng trợ một pha:

Zin 
Momen trên trục động cơ:

25
TRẦN NINH LINH -55K1-TĐH