CÔNG NGHỆ MÁY MÀI VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ QUAY CHI TIẾT MÁY MÀI TRÒN

Lời mở đầu
Sự bùng nổ của tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện-điện tử-tin
học trong những năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu
sắc cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn trong lĩnh vực truyền động
điện tự động.Đó là sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ
biến đổi công suất,với kích thớc gọn nhẹ,độ tác động 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 thờng sử dụng nguyên
tắc điều khiển vectơ 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 nh luật điều khiển.Điều này
làm cho các hệ truyền động điện tăng độ chính xác,làm cho việc
chuẩn hoá chế tạo các hệ truyền động điện hiện đại có nhiều đặc
tính làm việc khác nhau,dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu của công
nghệ sản suất.
Do vậy,đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ giúp chúng ta nắm
chắc hơn những kiến thức cơ bản,những hệ thống truyền động
điện kinh điển đồng thời nó cũng nhằm mục đích cho chúng ta
từng bớc tiếp cận với thực tế,tiếp cận với những hệ truyền động
điện hiện đại.
Nội dung của đồ án đợc chia làm 4 phần:
Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ máy mài và hệ thống
truyền động cho động cơ quay chi tiết máy mài tròn.
Chơng II : Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất
động cơ và mạch lực.
Chơng III : Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ truyền
động .
Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển.
Chơng V : Mô phỏng(Simulink).
Để có thể hoàn thành đợc đồ án này, bên cạnh sự cố gắng của
cá nhân em cũng nh của các bạn trong nhóm còn nhờ có sự hớng dẫn

và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo hớng dẫn. Tuy nhiên do thời
gian nghiên cứu ngắn và trình độ bản thân còn hạn chế nên đồ án
của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong các thầy hớng
dẫn và bổ sung thêm để đồ án này đợc hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn !
1


Chơng I
Giới thiệu về công nghệ và hệ thống truyền động cho động
cơ quay chi tiết máy mài tròn.
I.Đặc điểm công nghệ
Trong ngành chế tạo cơ khí hiện đại, các loại máy mài chiếm một
đơn vị quan trọng. Là vì máy mài gia công rất dễ đạt độ chính xác
cấp hai. Máy mài chủ yếu dùng để gia công láng sau khi đã gia công
trên máy tiện, phay, bào, vì lợng thừa gia công trên máy mài rất ít,
phạm vi lợng thừa cũng chỉ độ vài phần mời ly.
Ưu điểm lớn của máy mài là gia công đợc các chi tiết tôi mà trên
nhiều máy khác không làm nổi.
Dùng phơng pháp mài dễ đạt độ chính xác cao do lực cắt gọt tơng đối lớn, đặc biệt là độ dày của lát mài mỏng, do đó, công việc
mài không thể tiến hành một lần mà cần phải qua nhiều lần cắt gọt.
II.Phân loại máy mài công nghiệp.

2


Máy mài công nghiệp

Máy
mài

tròn
trong

Máy mài răng

Máy
mài
tròn
ngoài

Máy mài cắt

Máy
mài
mặt
đầu

Các loại khác
Máy mài rãnh

Máy
mài
bằng
biên
đá

Máy mài tròn
Máy mài vô tâm

Máy mài phẳng

Đá mài

Chi tiết
a. Máy mài tròn ngoài

b. Máy mài tròn trong

Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn
Máy mài tròn có chuyển động chính là chuyển động quay
đá mài, chuyển động ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá
trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyển tịnh tiến theo hớng ngang
(ăn dao ngang trục) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn
vòng). Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết.

của
dọc
trục
dao

3


III.Truyền động điện của máy mài.
1.Truyền động chính
Thông thờng truyền động chính máy mài không yêu cầu điều
chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. ở
những máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc độ cắt không đổi khi đá
bị mòn hay kích thớc chi tiết gia công thay đổi, thờng sử dụng
truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=(2 4):1

với cs không đổi.
Máy mài trung bình và nhỏ v = 50 80 m/s nên đá mài có đờng
kính lớn thì tốc độ quay của đá khoảng 1000 vòng/phút. ở những
máy có đờng 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 thờng là 15 20% mômen
định mức.Mômen quá tính của đá và cơ cấu truyền lực lớn 500
600% mômen quán tính của động cơ, do đó cần hãm cỡng bức động
cơ quay đá và không yêu cầu đảo chiều quay động cơ .
2. Truyền động ăn dao
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 phơng 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.
3.Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
4.Đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy có thể biểu
diễn dới dạng biểu thức tổng quát:

4

M c M co ( M dm M co )(


)
dm

Trong đó :
MC0 : Mômen ứng với tốc độ =0;
Mđm : Mômen ứng với tốc độ định mức đm
Mc : Mômen ứng với tốc độ

: Số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy
mài nói riêng và máy cắt gọt kim loại nói chung, thờng nhận hai
giá trị:
1
=1 (ứng với truyền động chính M c và P = const)

=0 (ứng với truyền động ăn dao Mc = Mđm = const).
Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ đợc
cố định theo một quy luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ
mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc điều kiện tự nhiên.
Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất
không đổi (P = const) khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngợc với
1


tốc độ M c .
Nh vậy, ở tốc độ thấp, mômen có thể lớn nên kích thớc các bộ
phận cơ khí phải chọn lớn lên, điều đó không có lợi. Mặt khác, thực

tế sản xuất cho thấy rằng các tốc độ thấp chỉ dùng cho các chế độ
làm việc nhẹ (Fz và Pz nhỏ). Vì vậy, ở vùng tốc độ thấp, ngời ta giữ
mômen không đổi còn công suất thay đổi theo quan hệ bậc nhất
với tốc độ.
Đối với truyền động ăn dao, nói chung mômen không đổi khi
điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên, ở vùng tốc độ thấp, lợng ăn dao s nhỏ,
lực cắt Fz bị hạn chế bởi chiều sâu cắt tới hạn t. Trong vùng này, khi
tốc độ ăn dao giảm, lực ăn dao và mômen ăn dao cũng giảm theo. ở
vùng tốc độ cao, tơng ứng với tốc độ vz của truyền động chính cũng
phải lớn, nếu giữ Fad lớn nh cũ thì công suất truyền động sẽ quá lớn.
Do đó, cho phép giảm nhỏ lực ăn dao trong vùng này, mômen truyền
động ăn dao cũng giảm theo.
5.Đồ thị đặc tính phụ tải của máy mài
5


F

F

z

ad

v
0

v gh
a. Truyền động chính

vz

0

v1

v2

v ad

b. Truyền động ăn dao

Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu
đặc tính điều chỉnh của nó giống đặc tính cơ của máy. Khi đó,
động cơ đợc sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm việc đầy tải ở mọi
tốc độ. Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt đợc các chỉ tiêu năng lợng cao. Nói cách khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thớc nhỏ
nhất cho máy.
Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng một hệ thống
truyền động điện là độ ổn định tốc độ %. Đờng đặc tính cơ
càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao. Nói chung, truyền
động chính yêu cầu % (5 15)% còn truyền động ăn dao yêu
cầu % (5 10)%.

6


Chơng II
Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công
suất động cơ và mạch lực.
I.Các phơng án truyền động

Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ
và kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các
hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân
tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động
này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đợc một vài
phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền
động của máy mài tròn và nhiệm vụ thiết kế, để điều chỉnh tốc
độ động cơ quay chi tiết máy mài tròn, ta phải điều chỉnh điện áp
phần ứng động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp
phần ứng và giữ từ thông động cơ không đổi thì ta có các phơng
án truyền động sau:
+Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ FĐ).
+Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động
cơ một chiều .
+Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XAĐ).
+Hệ thống truyền động điện động cơ không đồng bộ dùng
phơng pháp điều chỉnh tần số (Hệ Biến tần - Động cơ).
1.Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ
truyền động điện mà mạch phần ứng của động cơ điện một chiều
đợc cung cấp từ một máy phát điện riêng có khả năng biến đổi sức
điện trong một phạm vi rộng.
- Đặc điểm của hệ truyền động F - Đ
+ Đặc tính cơ hệ F- Đ mềm hơn đặc tính cơ Đ do có thêm R f.
+ Có thể làm việc ở cả bốn góc phần t.
+ Điều chỉnh Uktf dẫn đến điều chỉnh tốc độ không tải của
động cơ.
7

- Ưu điểm:
+ Dễ điều chỉnh, vùng điều chỉnh rộng 30:1.
+ Đảo chiều êm, tin cậy.
- Nhợc điểm
+ Công suất lắp đặt bằng ba lần công suất vận hành.
+ Kích thớc lắp đặt lớn.
+ Vốn đầu t lớn, ồn.

2.Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristorđộng cơ một chiều .
Do điện năng đợc sản xuất và phân phối chủ yếu ở dạng xoay
chiều có tần số công nghiệp. Để cung cấp cho các động cơ một
chiều từ lới điện xoay chiều, phải dùng thiết bị biến đổi.
Nguyên lý chung của các bộ biến đổi đợc mô tả nh sau: Các van
cho dòng điện đi qua trong một phần chu kỳ gọi là khoảng dẫn, và
ngắt mạch trong phần còn lại của chu kỳ (khoảng đóng). Trong thực
tế ngời ta sử dụng các loại van có điều khiển thời điểm đầu khoảng
thông nhng không thể ngắt mạch khi dòng điện cha giảm về không.
Đồ thị biều diễn dòng điện và điện áp là những đờng cong phức
tạp có chứa thành phần một chiều và xoay chiều. Do thành phần
xoay chiều có ảnh hờng xấu đến quá trình phát nóng và chuyển
mạch của máy điện nên ta phải hạn chế nó.
- Đặc điểm của hệ truyền động T- Đ.
+ Hệ chỉ làm việc ở góc phần t thứ nhất do các van không cho
dòng điện chạy theo chiều ngợc lại.
+ Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhng cứng hơn
đặc tính cơ của hệ F - Đ.
- Để hệ có thể làm việc ở cả bốn góc phần t của trục, hệ truyền
động T - Đ có đảo chiều ra đời:

+Phơng pháp điều khiển đổi nối mạch phần ứng.
+Phơng pháp điều khiển mạch kích từ.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối ngợc.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối chéo.
+Phơng pháp điều khiển riêng.

8


- Ưu điểm:
+Độ tác động nhanh cao.
+Không gây ồn.
+Dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại
công suất cao.
- Nhợc điểm:
+Van bán dẫn nên thông số đầu ra có dạng phi tuyến cao.
+Dạng chỉnh lu có biên độ dập mạch cao gây tổn thất phụ
trong máy điện.
+Hệ số công suất nói chung là thấp.
3.Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ
XA-Đ).
Điều chỉnh điện áp động cơ cũng có thể thực hiện bằng phơng
pháp xung, nếu ta đóng động cơ vào nguồn và cắt ra khỏi nguồn
một cách chu kỳ. Khi đóng động cơ vào nguồn, năng lợng đợc truyền
qua động cơ. Phần chủ yếu của năng lợng này đợc truyền qua trục
động cơ vào máy sản xuất, phần còn lại đợc tích ở dạng động năng
và năng lợng điện từ. Khi ngắt động cơ ra khỏi nguồn, hệ thống
truyền động vẫn làm việc nhờ năng lợng điện từ đó.
Đặc điểm:
- Độ nhạy cao, tác động nhanh.

- Tần số đóng cắt lớn
4.Hệ thống điều chỉnh động cơ không đồng bộ ba pha sử
dụng biến tần.
Biến đổi tần số là phép biến đổi điện năng một chiều hoặc
xoay chiều có tần số cố định thành dòng điện xoay chiều có tần số
biến đổi nhờ các khoá điện tử.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho
phép mở rộng phạm vi sử dụng truyền động điện không đồng bộ
trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúng ứng dụng cho các
thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng
lúc nh các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải,
băng lăn, Phơng pháp điều chỉnh này còn đợc áp dụng cả trong
những thiết bị đơn lẻ, nhất là ở những cơ cấu yêu cầu tốc độ làm
việc cao nh máy ly tâm, máy mài .

9


Bộ biến tần đợc nối vào lới có tần số f1,U1 không đổi. Đầu ra của
nó là f2,U2 biến đổi theo. Để biến đổi tần số, ngời ta có thể dùng
các thiết bị máy điện hoặc bán dẫn với nguyên lý hoạt động và cấu
trúc khác hẳn nhau.
Ưu điểm:
+ Là phơng pháp có rất nhiều triển vọng.
+ Khi sử dụng các bộ biến tần thích hợp có thể đạt đợc điều
chỉnh trơn.
+ Sử dụng cùng với động cơ không đồng bộ nên giảm đợc chi
phí máy điện.
Nhợc điểm:
+ Bộ biến tần còn tơng đối phức tạp nên giá thành chế tạo cao.

+ Nếu sử dụng bộ biến tần gián tiếp hiệu suất sẽ giảm đi so với
biến tần trực tiếp.
Với các đặc điểm của hệ truyền động một chiều và xoay chiều
trên đây, ta thấy rằng các phơng pháp đều có thể ứng dụng vào
truyền động động cơ quay chi tiết máy mài tròn. ở đây, ta chọn
động cơ không đồng bộ với phơng pháp biến đổi tần số là vì các lý
do chủ yếu sau đây:
+ Đây là loại máy điện có kết cấu đơn giản.
+ Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đời sống.
+ Sử dụng điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, dễ dàng cho
việc lắp đặt, vận hành và sử dụng.
+ Biến tần là thiết bị hiện đại, trong tơng lai sẽ đợc sử dụng
nhiều hơn khi mà các thiết bị bán dẫn với u thế ngày càng phát triền.
+ Có khả năng lập trình, tiện lợi cho ghép nối máy tính, nền
tảng cho phát triển sau này.
+ Và cuối cùng là tính kinh tế của sử dụng biến tần.
II.Tính toán các thông số của động cơ theo giả thiết:
Các thông số kỹ thuật hệ thống
- Mômen cực đại (Mmax):
20 (Nm)
10


- Tốc độ quay chi tiết (n):
40 800 (Vòng/phút)
- Tỷ số truyền (i):
2
- Hiệu suất ():
0,85
- Mômen quán tính cơ cấu (J):

0,006 (kg/s2)
Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có
điều chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:


Đặc tính phụ tải truyền động Pc(), Mc(): Phụ tải truyền
động yêu cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công
suất yêu cầu cực đại Pmax = Mđm.max


M c = const
max

min
0

M

c

Đặc tính phụ tải
Phạm vi điều chỉnh tốc độ max và min.
n .2
40.2.
min = i. cmin = i. min
=2.
= 8.38(rad/s) hay nmin=
60
60
80(vòng/phút)

n .2
800.2.
max = i. cmax = i. max
=2.
= 167.55(rad/s) hay
60
60
nmax=1600(vòng/phút)
max
Dải điều chỉnh tốc độ:
=20:1
min
Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống
truyền động: Điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng biến tần
nguồn áp điều chế độ rộng xung.
Loại động cơ truyền động: động cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc.

11


Đặc điểm của phụ tải truyền động động cơ quay chi tiết máy mài
tròn là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có
yêu cầu công suất cực đại
1
1
1
900.2
2216,5 (W)
.Mđm.max = .Mcmax.cmax = 0,85 .20.

60


2,2 (kW)
Ngoài ra còn cần phải chọn hệ số an toàn về công suất trong trờng
hợp quá tải, lấy hệ số an toàn k=1,5 (k=1,2 1,5)
Ta chọn loại động cơ nh sau: (Các đặc tính của động cơ trong
truyền đồng điện)
MTM112_6 có thông số sau:

Pmax =

Pđm = 3,5(kW)

cosđm=0,75

rst=4,33()

nđm = 900(vg/ph)
M th
2,3
M dm

cos0 = 0,13

xst=1,67()

Istđm= 9,5(A)

J = 0,0675(kg/s2)

Q= 88(kg)

Ist0 = 7,25(A)
Ir = 13,5(A)

rr=0,725()
xr=0,595()
ke = 2,02

Ta tính đợc hệ số trợt khi làm việc ở tốc độ định mức:
sdm

n1 n 1000 900

0,1
n1
1000

Đồng thời mômen định mức tính nh sau:
P
3500*60
M dm dm
37,15( Nm)
dm 2* *900

M dm M lv
ndm nlv
Sơ đồ thay thế của động cơ không đồng bộ nh sau:

12

Với các giá trị:
r1= 4,33()

x1= 1,67()

r2= 0,725()
x2= 0,595()
Quy đổi các đại lợng rôto sang stato:
r2k i k e r2 2,02 2.0,725 2,958()
2
x
2 k i k e x 2 2,02 .0,595 2,428()

I 2

I 2 13,5

6,68( A)
k i 2,02

2,958 2
R2 2
) 2,4282
) ( X 2) 2 6,68 (
E
0,1
s
X 2s

27,35()
I st 0
I st 0
7,25
Nh vậy ta có tổng trở của động cơ:
2,958
R
(
j 2,428) j 27,35
( 2 jX 2) jX
0,1
s
Z
R1 jX 1
4,33 j1,67
R2
2,958
j 2,428 j 27,35
jX 2 jX
0,1
s
Z 16,89 j16,38(),
I r (

III.Thiết kế mạch lực:
Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh sau:

13

Mạch lực bao gồm:
+ Khối chỉnh lu: 6 Thyrsistor.
+ Khối nghịch lu: 6 Transistor, 6 Diôt ngợc
+ Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L.
1.Tính chọn van điều khiển:
Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu
sao.
Đồ thị dẫn của van và dạng dòng, áp ra tải nh sau:
Tải đấu sao, góc dẫn của van là 180 độ, tại bất kỳ thời điểm nào
cũng có ba van dẫn.

60

12 0

18 0

24
0

30
0

36
0

T1

T2

T3

T4

T5

T6

2/3 E n
Ua

1/ 3 E n

Ia

14


Tính toán các giá trị:

U pha

1

2

U pha

2

u

2
pha

0

/3

2 / 3

1
E
2
d
[2 ( N ) 2 d ( EN ) 2 d
2 0 3
3
/3

3U
2 EN
3.220

EN pha
466, 7V
3
2
2

L 16,38
Q

0,97
R 16,89



Q
3




0 , 97
3

a e e
0,362
Dòng điện cơ sở :
E
466,7
I0 N
27,63( A)
R 16,89
3Q 1 a 2
3.0,97
1 0,3622
A 1

1
0,69
2 1 a a 2
2 1 0,362 0,3622
Trị số hiệu dụng dòng điện pha:
2
2
I 0 . A 27,63.0,69 9( A)
3
3
Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn:
A2
0,69 2
I d 2 I 0
2.27,63.
8,77( A)
3
3
a.Đối với mạch chỉnh lu:
Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0.
Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lu Id=8,77 A
Điện áp ra của bộ chỉnh lu: Ud= En=466,7 V
Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là
Id/3=2,92 A
Điện áp ngợc đặt lên Thyristor Ung=2,45*Ul.
Mặt khác ta có: Ud=2,34*Ul => Ul 200 V;
I pha

15

Ung = 490 V
Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông
số sau:
Mã hiệu
Ung
Itb
tof
di/dt
tiristor
V
A
s
A/s
C15
5,1
30
60
25600
b.Đối với nghịch lu:
Ta có dòng điện pha A:
+ = 0 /3
iA

E N (1 a )(2 a ) / Q
1
e 9,211 2,864e 1, 03
3

3R

1 a


+ = /3 2/3
iA

EN
(1 a ) 2 / Q
2

e 9,21(2 1,771e 1, 03 )
3

3R
1 a


+ = 2/3
iA

E N (1 a )( 2 a ) / Q
1
e 9,21(1 2,864e 1, 03 )
3

3R
1 a


Trong khoảng từ 0 /3 ứng với 1 thì Ia=0

1, 031

9,21(1 2,864 e

) 0

1 1,02rad
Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là:
itbt

2 / 3


1 / 3
1, 03
1, 03
1, 03
9
,
21
(
1

2
,
864
e
)
d

9
,
21
(
2

1
,
771
e
)
d


9,21(1 2,864e
)d




2
/3
2 / 3

1

= 4,351(A)
Điện áp ngợc đặt lên Transistor:
U ng E N .K dt 466,7.1,6 746,7(V )

Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây:
Mã

VCE

VCE0

VCE,sat

IC

I

tf

ton

ts

pm
16


hiệu

V

V

V

A

A

s

s

s

W

BUX
47A

1000

450

1,5

9

1,2

0,8

1

3

12
5

Trong khoảng 0 1 thì Thyr không dẫn, toàn bộ dòng sẽ đi qua
Diot, nh vậy biểu thức chọn Diot nh sau:
1
I tbD 9,21(1 2,864e 1, 03 )d = 7,259(A)
2 0
Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông
số sau:
Itb = 10 (A)
Ung= 1001000(V)
1

U = 0,7(V)
2.Tính chọn bộ lọc:
Ta áp dụng công thức :

LC 1

2
n2

Trong đó:
1 :Độ nhấp nhô của điện áp đầu ra chỉnh lu 1 = Ud /Ud0 = 1
2 :Độ nhấp nhô của điện áp mong muốn sau bộ lọc 5% 10%
lấy 2 = 5% = 0,05
n :Số lần đập mạch trong một chu kỳ n = 6 ; = 2f = 314rad/s

LC

0,95

6.314 2

0,268.10 6

Tụ C đợc tính dựa trên sự trao đổi công suất phản kháng với động
cơ KĐB bởi công thức:


I1M
3
2 1 / 6


C
sin


2 f m 2 Ucdm
2


ứng với dòng điện khởi động lớn nhất của động cơ ta có :
17

= 1; Ucdm = 600 V; 2 = 0,05 ,fm = 2,5 50 KHz
tơng ứng với cos1 = 0,2 0,3 chọn cos1 = 0,2 1 = 780

I1M 2,5 2 I dm
78o 300
3 1.2,5. 2.14
2
80.10 6 F 80F
C
sin

3
2 2,5.10 .0,05.600
2



Do đó

0,268.10 6
L
3,35mH

6
80.10

3.Tính chọn các thiết bị đo
a.Máy phát tốc
Máy phát tốc là thiết bị đo tốc độ trong hệ truyền động . Mạch
nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc một chiều.

U = K .

R
C

RT

W

Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
U ( p)
K
FFT ( p )

p
1 f p
Trong đó:
K hệ số khuếch đại K= U/ U = 10V, =94,25 rad/s
K =0,11

18


f là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms.Chọn f = 0,001s =
1ms
Hàm truyền máy phát tốc:
0,11
FFT ( p )
1 0,001 p

b.Máy đo dòng :
Sơ đồ đo dòng xoay chiều ba pha đơn giản là dùng biến dòng:
gồm ba biến dòng lắp ở ba pha với điện trở tải Ro. Điện áp sơ cấp
biến dòng qua mạch chỉnh lu cầu điôt 3 pha , mạch lọc RC lọc thành
phần xoay chiều sau chỉnh lu.

ib

ia

ic

U2I

Ro

Ro

Do

U2Io

Điện áp đầu ra mạch chỉnh lu U2d = R1.I1 trong đó

Id

3 2
I2

Trong mạch bố trí R1 nối tiếp với điôt D0.
Khi điôt dẫn điện áp Ud0 = 0,5 V.

19


U ( p)
KI
FI ( p) 2i

I 1 ( p) 1 p i
KI

Ui
10

0,42
I sdm 2,5.9,5

chọn =2,5

i = RC hằng số thời gian của bộ lọc
Chọn i = 0,001s
Hàm truyền của máy đo dòng nh sau:

0,42
Fi ( p)
1 0,001 p

Chơng III :

Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống.
I.Mô tả động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ (ĐK) là loại máy điện đợc dùng rộng rãi
trong kỹ thuật truyền động do có các u điểm sau:
+ Khả năng quá tải về mômen lớn.
+ Có thể làm việc ở tốc độ rất cao hoặc rất thấp.
+ Động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay
không có yêu cầu về cách điện.
+ Có thể làm việc trong cả môi trờng có hoạt tính cao hoặc
trong nớc.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho
phép mở rộng phạm vi sử dụng truyền động điện không đồng bộ
trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúng ứng dụng cho các
thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng
20


lúc nh các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải,
băng lăn,
Phơng trình cân bằng điện áp của mỗi dây quấn nh sau:
d
uk Rk .ik k
dt
Trong đó, chỉ số k là tên của dây quấn pha:
d C
d A
d B
u A RA .iA

; uB RB .iB

; uC RC .iC
dt
dt
dt
d
d
d
ua Ra .ia a ; ub Rb .ib b ; ub Rc .ic c
dt
dt
dt

Từ thông móc vòng của mỗi dây quấn là:
k Lkj .i j

Khi j=k: điện cảm tự cảm. j k: điện cảm hỗ cảm.
Nh vậy ta có:
a Laa .ia Lab .ib Lac .ic LaA .i A LaB .iB LaC .iC

b Lba .ia Lbb .ib Lbc .ic LbA .i A LbB .iB LbC .iC
c Lca .ia Lcb .ib Lcc .ic LcA .i A LcB .iB LcC .iC
A LAa .ia LAb .ib LAc .ic LAA .i A LAB .iB LAC .iC
B LBa .ia LBb .ib LBc .ic LBA .iA LBB .iB LBC .iC
C LCa .ia LCb .ib LCc .ic LCA .i A LCB .iB LCC .iC
Thay vào công thức tính điện áp ta có:

ua Ra .ia pLaa .ia pLab .ib pLac .ic pLaA .iA pLaB .iB pLaC .iC ;
ub pLba .ia Rb .ib pLbb .ib pLbc .ic pLbA .iA pLbB .iB pLbC .iC ;
uc pLca .ia pLcb .ib Rc .ic pLcc .ic pLcA .iA pLcB .iB pLcC .iC ;
u A pLAa .ia pLAb .ib pLAc .ic RA .iA pLAA .iA pLAB .iB pLAC .iC ;

uB pLBa .ia pLBb .ib pLBc .ic pLBA .iA RB .iB pLBB .iB pLBC .iC ;
uC pLCa .ia pLCb .ib pLCc .ic pLCA .iA pLCB .iB RC .iC pLCC .iC ;
Coi các dây quấn động cơ là đối xứng và khe hở không khí giữa
roto và stato là đều thì:

21


Ra Rb Rc Rs ; RA RB RC Rr ;
Laa Lbb Lcc Ls1 ; LAA LBB LCC Lr1 ;
Lab Lbc Lca M s ; LAB LBC LCA M R ;
Hỗ cảm giữa các pha dây quấn ở roto và stato phụ thuộc vào
góc lệch của dây quấn này, tức là vào tốc độ quay. Khi hai dây
quấn này trùng nhau thì hỗ cảm lớn nhất:
LaA = LAa = LbB = LBb = LCc = LcC = M.cos
LaB = LAb = LbC = LBc = LcA = LCa = M.cos( +2/3)
LAb = LaB = LBc = LbC = LCa = LaC = M.cos( -2/3)

Đặt các vector nh sau:
ua
uA
ia
iA
a
A

us ub ; ur uB ; is ib ; ir iB ; s b ; r B ;
uc
uC
ic
iC
c
C
d s

us is Rs dt

u i R d r
r r r
dt

Đặt:
Rs
us
is
s
u ; i ; ; Rs 0
r
ur
ir
0

Do đó:

u R.i

0
Rs
0

0
0 ;
Rs

d
dt

Các ma trận thông số nh sau:

22


Rs
Rs 0
0

0
Rs

0
Rr 0 0

0 ; Rr 0 Rr 0 ;
0 0 Rr
0 Rs
Ls1 M s M s
Lr1 M r M r


Ls M s
Ls1 M s ; Lr M r
Lr1 M r ;
M s M s
M r M r
Ls1
Lr1
2
2

cos( ) cos(
)
cos( )
3
3


2
2

Lm ( ) cos(
)

cos( )
cos( )

3
3


cos( 2 ) cos( 2 )
cos( )


3
3

Thay các đại lợng, ta đợc phơng trình từ thông dạng vector:
s [ Ls ]

t
r [ Lm ( )]

[ Lm ( )] is
.
[ Lr ] ir

Phơng trình điện áp:
d

us Rs Ls dt

ur d L ( )t

dt m
M is

t

d

Lm ( )
is
dt
.
d
Rr Lr ir
dt

d
{Lm ( ).i r }
d

Các hệ phơng trình trên là các hệ phơng trình vi phân phi tuyến
có hệ số biến thiên theo thời gian bởi vì góc quay phụ thuộc vào thời
gian.

II . Nguyên lý điều chỉnh tần số:

1.Luật điều chỉnh tần số điện áp theo khả năng quá tải:
Khi điều chỉnh tần số thì trở kháng, từ thông, dòng điện .. của
động cơ thay đổi, để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà
không làm động cơ bị quá dòng thì phải điều chỉnh cả điện áp.
23

Đối với hệ thống biến tần nguồn áp thờng có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về mômen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ.
Mômen cực đại mà động cơ sinh ra đợc chính là mômen tới hạn M th,
khả năng quá tải về mômen đợc quy định bằng hệ số quá tải
mômen:

M

M th
M

Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato Rs = 0 thì ta có thể
tính đợc mômen
tới hạn nh sau:
2

2

2

2

U L R
L
Us
U
1
M s2 m r 2

2m
K ( s )2
2
0
0 s F ( s ) 2 Ls Lr 0
w
w0dm

Udm,fdm
w
0

U,f

Mthdm
Mth
M

Điều kiện để giữ hệ số quá tải không đổi là:
M

M th M thdm

M
M dm

Kết hợp với hai phơng trình trên ta có:
U s U sdm

0 0 dm

M
M thdm

Đặc tính cơ gần đúng của máy sản xuất đợc viết nh sau:
M c M dm (

0 x
)
0 dm

Đối với máy mài thì x=-1; Khi truyền động ổn định thì:

24


Us

f
f
f0
( 0 )1 x / 2 ( 0 )1 x / 2 ( 0 )1 1/ 2
U sdm
odm
f sdm
f sdm
f sdm

2.Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ:
Xét phần nghịch lu của biến tần:

Giả sử các van dẫn 1800. Chức năng của các diot sẽ giải thích
sau. Sơ đồ dẫn của các van cùng với điện áp từng pha đợc biểu diễn
ở mục dới đây:

3.Cấu trúc hệ điều khiển từ thông stato:
Để khai thác hết công suất mạch từ ĐK, yêu cầu về từ thông stato
luôn đợc giữ không đổi và bằng đại lợng định mức.
a.Các phơng trình tổng hợp:
rdm
L r
2
1T 2
Is
r s F i ( s );T r
Lm
Rr
3 L2 s I s
M m.
K M F M ( s ) I 2s
2
2
2 Rr 1 T r s
25