Đồ án: Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào giường

 TRƯỜNG ĐHSPKT VINH       CỘNG HOÀ XàHỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
            KHOA ĐIỆN                                      Độc lập – Tự do – hạnh phúc
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ
Khoá: 7
Sinh Viên thực hiện: TRƯƠNG HỮU QUÝ
Giáo viên hướng dẫn:TRẦN DUY TRINH.
Tên đề tài:  “Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào dường.”
Các tham số cho trước:

Chế độ cắt

Lượng chạy dao S mm/htkép

Chiều   sâu  cắt  
t

1

S1 = 3.5 mm

t1 = 8 mm

2

S2 = 2,2 mm

t2 = 12 mm

3

S3 = 1,4.mm

t3 = 20 mm

Nội dung thực hiện: 
­ Tổng quan về máy bào dường.
                   ­ Tính chọn công suất động cơ cho truyền động trục chính máy bào dường.
                   ­ Phân tích lựa chọn phương án truyền động. 
                   ­ Tính chọn thiết bị mạch động lực và hệ thống điều khiển.
­ Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống.
Ngày nhận đề tài…29/01/2016……….Ngày hoàn thành……29/02/2016…………
          Duyệt                                                             Ngày..29..tháng…01….. năm 2016
                                                                                            Giáo viên hướng dẫn
                                                                                         
                                                                                                 Tr ần Duy Trinh
LỜI NÓI ĐẦU


Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ của các 
lĩnh vực khoa học,  ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp nói chung và các  
ngành điện nói riêng. Các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, cơ  khí hoá có  
liên quan chặt chẽ đến điện khí hoá và tự động hoá. Hai yếu tố sau cho phép đơn giản  
kết cấu cơ  khí của máy sản xuất, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng kĩ  
thuật của quá trình sản xuất và giảm nhẹ cường độ lao động.
Việc tăng năng suất lao động và giảm giá thành thiết bị điện của m¸y là hai yêu  
cầu chủ  yếu đối với   hệ  thống truyền động điện và tự  động hoá nhưng chúng mâu 
thuẫn nhau. Một bên đòi hỏi sử dụng các hệ thống phức tạp, một bên lại yêu cầu hạn 
chế  số  lượng thiết bị  chung trên máy và số  thiết bị  cao cấp. Vậy việc lựa chọn một  
hệ thống truyền động điện và tự động hoá thích hợp cho máy là một bài toán khó.
Môn học trang bị điện đề cập đến phần điện của các máy gia công kim loại là  
những máy chủ yếu và quan trọng trong công nghiệp nặng của nền kinh tế quốc dân.

Mỗi loại máy có đặc điểm làm việc và phương pháp xác định phụ  tải, công  
suất động cơ truyền động cho máy và các đặc điểm yêu cầu đối với hệ thống trang bị 
của máy, các khâu điển hình và sơ đồ điều khiển riêng biệt.
    Qua việc thiết kế đồ  án đã giúp em hiểu rõ hơn những gì mình đã được học trong  
môn Trang bị điện và Điện tử công suất. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các 
thiết bị công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Em xin chân thành cảm  
ơn các thầy cô giảng dạy bộ  môn Điện ­ Điện tử  công suất, đặc biệt là thầy  Trần 
Duy Trinh đã hướng dẫn em hoàn thành đồ án này
                                                                                        Em xin chân thành cảm ơn!
                                                                                        Sinh viên:Trương Hữu Qúy


Chương I: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY BÀO GIƯỜNG
1.Khái niệm chung
     Máy bào mặt phẳng hay còn gọi là máy bào giường hiện nay được sử  dụng rộng 
rãi. Trong các loại máy cơ khí, nó được dùng để gia công bề mặt các chi tiết kim loại  
có biên d
́ ạng lớn. Ngoài ra máy bào mặt phẳng còn được dùng để xẻ  rãnh hình T, V,  
đuôi én. Máy bào có thể  gia công bề  mặt các chi tiết  ở  mức độ  thô hoặc tinh khác 
nhau. Truyền động chính trong máy bào mặt phẳng là chuyển động tịnh tiến của bàn  
máy, bàn máy được kéo bằng một động cơ  điện. Chất lượng và năng suất của máy  
bào mặt phẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ bàn máy, lực cắt, mô men cắt  
của dao…. Vì vậy việc điều khiển động cơ truyền động cho bàn máy là hết sức quan 
trọng mà ta cần nghiên cứu và giải quyết.
2.Phân loại
    Máy bào mặt phẳng hiện nay có nhiều chủng loại, dựa vào kiểu phân loại ta chia  
thành các nhóm máy bào mặt phẳng như sau:
*Dựa vào số trụ phân ra :

    Máy bào một trụ : ví dụ như các kiểu máy  710 ; 71120 ; 7116
    Máy bào hai trụ : ví dụ như các kiểu máy  7210 ; 7212 ; 7216
*Dựa vào chiều dài (Lb) của bàn máy và lực kéo bàn (Fk) ta phân ra:
    Máy cỡ nhỏ:  Chiều dài bàn Lb < 3 (m) ;  Lực kéo Fk = 30   50 (KN)
    Máy cỡ trung bình:  Chiều dài bàn Lb = 4   5 (m) ;  Lực kéo Fk = 50   70 (KN)
    Máy cỡ nặng (lớn):    Chiều dài bàn Lb > 5 (m) ;  Lực kéo Fk >  70 (KN)
3.kết cấu máy bào mặt phẳng


     Máy bào giường được cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác nhau. Ở 
đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và các bộ phận chủ yếu của máy.

       Hình 1.1. Hình dáng bên ngoài của máy bào giường hai trụ
*Đế máy (thân máy)
     Được làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trụ  máy để có khối thế tạo vững chắc cho  
máy. Đế được xẻ rãnh hình chữ nhật và chữ V để cho bàn máy chuyển động dọc theo 
đế máy.
*Bàn máy
     Được làm bằng gang đúc dùng để  mang chi tiết gia công. Trên bàn máy có 5 rãnh 
chữ T để gá lắp chi tiết cần gia công. Bàn máy được kéo tịnh tiến trên đế máy nhờ lực 
kéo của động cơ truyền động.
*Giá chữ U 
      Được cấu tạo từ  hai trụ  thép vững chắc và có một dầm ngang trên cùng. Trong  
dầm đặt một động cơ để di chuyển xà ngang lên xuống, dọc theo trục có xẻ  rãnh, có  
trục vít nâng hạ và dao động để di chuyển xà
*Xà ngang


     Chuyển động lên xuống theo hai trụ, xà được kẹp chặt khi gia công

*Các bàn dao máy
      Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có giá đỡ dao. Giá máy có thể 
dịch chuyển một góc nào đó để gia công chi tiết, khoảng dịch chuyển lớn nhất của các  
con trượt là 300 mm, góc quay giá đỡ là  600. 
*Bộ phận truyền động
           Gồm các máy điện xoay chiều, một chiều chuyển động quay và qua các hộp  
truyền động truyền chuyển động cho các bộ phận của máy
Tóm lại: Máy bào giường được cấu tạo hoàn chỉnh sẽ  có kết cấu chắc chắn, gọn,  
đảm bảo tính kỹ thuật, kinh tế, thẩm mỹ.
II.CÁC TRUYỀN ĐỘNG CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
1. Truyền động chính của bàn máy 
     Truyền động của bàn là truyền động chính của máy là chuyển động tịnh tiến và có 
tính chất chu kỳ lặp lại, mỗi chu kỳ có hai hành trình là hành trình thuận và hành trình 
ngược.
1.1 Hành trình thuận 
      Là hành trình gia công chi tiết nên còn gọi là hành trình cắt gọt. Ở hành trình này có  
nhiều giai đoạn khác nhau như khởi động, ăn dao, vào chi tiết, cắt gọt ổn định, dao ra  
khỏi chi tiết.  Ứng với mỗi giai đoạn là một tốc độ  yêu cầu khác nhau phụ  thuộc vào  
các yếu tố của chế độ cắt gọt.
1.2 Hành trình ngược
      Sau khi kết thúc hành trình thuận, bàn máy được đảo chiều và bắt đầu hành trình 
ngược. Hành trình này bàn máy chạy không tải trở  về vị  trí ban đầu để  chuẩn bị  cho  


chu kỳ làm việc tiếp theo. Tốc độ của bàn máy ở hành trình ngược thường lớn hơn ở 
hành trình thuận (khoảng 23 lần) để nâng cao năng suất làm việc của máy.
Truyền động của bàn được thực hiện bằng một  động cơ  điện qua hộp giảm tốc 
truyền động tới trục vít thanh răng biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển 
động tịnh tiến của bàn. Tốc độ  bàn máy được biểu diễn theo thời gian trong một chu  
kỳ gia công như hình 1.2.

                   
  Hình 1.2  Đồ thị tốc độ bàn máy theo thời gian trong một chu kỳ bào
     Do đặc điểm chuyển động của bàn máy là đảo chiều với tần số làm việc lớn nên  
quá trình quá độ  chiếm thời gian khá lớn trong một chu kỳ  làm việc. Chiều dài hành 
trình (hay chiều dài bàn) càng lớn thì quá trình quá độ chiếm tỷ lệ càng nhỏ. Năng suất  
của máy được xác định là số hành trình kép trên một đơn vị thời gian, vậy muốn đảm  
bảo năng suất của máy ta cần tìm hiểu về tốc độ yêu cầu của máy theo thời gian làm 
việc trong một chu kỳ:


Giả  thiết bàn máy đang ở  đầu hành trình thuận, bàn máy được tăng tốc đến vận  
tốc V0 trong thời gian t1. Thường thì vận tốc V0 = 515(m/phút) gọi là tốc độ vào 
dao.
Sau khi chạy ổn định với tốc độ V0 trong khoảng thời gian t21 thì dao cắt bắt đầu 
vào chi tiết. Dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp nhằm mục đích tránh sứt mẻ dao  
hoặc chi tiết.
tdao cắt vào chi tiết và cắt với tốc độ V0 cho đến hết thời gian t22.
t3 là khoảng thời gian bàn máy tăng tốc từ tốc độ V0 đến tốc độ Vth gọi là tốc độ 
cắt gọt.
t4 là khoảng thời gian gia công chi tiết với tốc độ cắt gọt Vth không đổi.

tGần hết hành trình thuận, bàn máy sơ bộ giảm tốc độ  từ  tốc độ  cắt gọt về tốc  
độ V0 trong khoảng thời gian t5.
t61 là thời gian tiếp tục gia công nhưng ở tốc độ V0
t62 là khoảng thời gian dao được đưa ra khỏi chi tiết nhưng bàn máy vẫn chạy với  
tốc độ V0.
t7 là thời gian bàn máy được giảm tốc về 0 để đảo chiều sang hành trình ngược.
t8  là thời gian bàn máy tăng tốc nhanh sau khi đảo chiều sang hành trình ngược 
đến tốc độ Vng gọi là tốc độ không tải.

t9  là khoảng thời gian bàn máy chạy ngược ở tốc độ Vng không đổi.
t10Gần hết hành trình ngược, bàn máy được giảm tốc về tốc độ  V 0 trong khoảng 
thời gian t10.
t11 là khoảng thời gian bàn máy vẫn chạy ngược với tốc độ  V0 và bắt đầu giảm 
tốc về 0 để đảo chiều.
tlà thời gian vận tốc giảm về 0 và đảo chiều để kết thúc một chu kỳ làm việc
            và chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo.


       Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ  thời điểm bàn máy đảo chiều từ  hành trình  
thuận sang hành trình ngược và kết thúc di chuyển trước khi dao cắt vào chi tiết. Tổng  
thời gian từ khi bắt đầu hành trình thuận cho đến hết hành trình ngược gọi là chu kỳ 
làm việc của máy bào giường TCK.
    Tốc độ hành trình thuận được xác định tương ứng với chế  độ  cắt gọt, thường thì  
Vth = 5120 m/ph. Tốc độ bàn máy lớn nhất có thể đạt V max = 75120 m/ph. Để tăng năng 
suất máy, tốc độ hành trình ngược chọn lớn hơn tốc độ hành trình thuận V ng = k.Vth và 
thường thì k = 2  3 
    Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời gian:
                                                                                        (1­1)
TCK – thời gian một chu kỳ làm việc của bàn máy (s)
tth  thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận (s)
tng  thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình ngược (s)
Giả sử gia tốc bàn máy lúc tăng hay giảm tốc độ là không đổi thì ta có:
                         ;                (1­2)               
*Trong đó: 
Lth , Lng : là chiều dài hành trình của bàn máy tương ứng với tốc độ ổn định Vth, 
Vng của hành trình thuận và hành trình ngược.
Lg.th  , Lh.th : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá  
trình giảm tốc (hãm) ở hành trình thuận.
Lg.ng  , Lh.ng : là chiều dài hành trình bàn trong quá trình tăng tốc (gia tốc) và quá 

trình giảm tốc (hãm) ở hành trình ngược.
    Thay (1­2) vào (1­1) ta có:
                                         (1­3)
*Trong đó:
L = Lth + Lg.th + Lh.th = Lng + Lg.ng + Lh.ng là chiều dài hành trình máy.


k =   là tỷ số giữa tốc độ hành trình ngược và hành trình thuận.
tđc là thời gian đảo chiều của bàn máy.
    Từ công thức (1­3) ta thấy rằng khi đã chọn tốc độ cắt gọt ở hành trình thuận là Vth 
thì năng suất của máy phụ thuộc vào hệ số k và thời gian đảo chiều t đc. Khi k tăng thì 
Vng tăng nên năng suất của máy tăng, tuy nhiên khi k > 3 thì năng suất của máy tăng 
không đáng kể vì lúc đó thời gian đảo chiều tđc lại tăng. Nếu chiều dài bàn máy Lb > 3 
m thì thời gian tđc ít  ảnh hưởng đến năng suất mà chủ  yếu là hệ  số  k. Khi chiều dài 
bàn Lb bé và nhất là khi tốc độ  V  = Vmax = 75120 (m/ph) thì tđc  ảnh hưởng nhiều đến 
năng suất của máy. Vì vậy một trong các điều kiện cần chú ý khi thiết kế truyền động 

cho bàn máy của máy bào giường là cần giảm thời gian quá trình quá độ càng nhỏ càng  
tốt.
           Một trong những biện pháp giảm thời gian quá trình quá độ  là xác định tỷ  số 
truyền tối  ưu của cơ  cấu truyền động từ  động cơ  đến trục làm việc, đảm bảo máy  
làm việc với gia tốc cao nhất.
*Kêt luân
́
̣ :Từ  những phân tích  ở  trên ta rút ra các yêu cầu về  truyền động chính của 
máy bào giường như sau:
 *Phạm vi điều chỉnh tốc độ:       D =            (1­4)
Trong đó : 
Vngmax : là tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược, thường Vngmax= 75120 
(m/ph)

Vthmin  : là tốc độ  nhỏ  nhất của bàn máy  ở  hành trình thuận, thường V thmin  = 46 
(m/ph).
   Như vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ nằm trong khoảng D = (12,530)/1
* Đặc tính phụ tải của truyền động chính:


Thông thường, để  đảm bảo cho công suất đặt là nhỏ  nhất cho động cơ  truyền động  
(thường là động cơ  một chiều) thì hệ  truyền động thường được điều khiển theo hai 
vùng điều chỉnh, ta có đặc tính của đồ thị phụ tải như sau:

                              Hình 1.3  Đặc tính của phụ tải máy bào giường
 
*Vùng I: là vùng thay đổi điện áp phần  ứng trong dải điều chỉnh D = (56)/1 với mô 
men trên trục động cơ không đổi ứng với tốc độ bàn máy thay đổi từ Vmin = (46) m/ph 
đến Vgh = (2025) m/ph. Khi đó lực kéo bàn máy là không đổi và công suất kéo P c tăng 
dần lên.
   *Vùng II: là vùng điều chỉnh bằng cách giảm từ  thông động cơ  trong phạm vi D =  
(45)/1 kủa bộ biến đổi (K ) ta xây dựng đặc tính biểu diễn 

quan hệ Ud = f(Uđk) sau đó tuyến tính hoá đặc tính này ra đặc tính hệ số góc của đoạn 
đặc tính đó. Hệ số của đoạn đặc tính cơ là hệ số khuếch đại của bộ biến đổi 


 K  = tg  = 
Quan hệ Ud = f(Uđk) xuất phát từ hai quan hệ: Ud = f( ) và   = f(Uđk)

  

* Xây dựng quan hệ Ud = f( ): 
 Coi hệ thống làm việc ở chế độ dòng điện liên tục: Ud = Ud0.cos   

 Trong đó: Ud0 = 223 (V) là điện áp chỉnh lưu không tải của bộ biến đổi

   

                      là góc điều khiển. Cho   biến thiên từ    = (0    /2) ta được các trị số 
Ud lập thành bảng sau:
0
Ud (V)

223

/12 
215

/6 
193

/4 
157,7

/3 
111,5

/2 
0

 * Xây dựng quan hệ    = f(Uđk)
  Khi thay đổi giá trị  điện áp điều khiển (Uđk) thì giá trị  góc điều khiển   cũng 
thay đổi theo. Ứng với mỗi (Uđk) khác nhau ta nhận được các giá trị của  . Căn cứ vào 
đồ thị của Uđk và điện áp tựa Urc, ta thấy góc   biến đổi theo Uđk với quy luật sau:

 
   = . Mặt khác với vi mạch khuếch đại thuật toán thì tín hiệu là Urcmax =   14 (V) nên 
biên độ cực đại của Urc là Urcmax = 14 (V). Song khi thực hiện so sánh thì Urc được dịch 
đi sao cho Urc = 0 khi   =  /2, nghĩa là ta chỉ sử dụng nửa biên độ cực đại của Urc   Uđk 
=  Cho   biến thiên từ   = (0    /2) ta được các trị số Uđk lập thành bảng :
0

  
Uđk (V)

/12 
5,83

7

/6 
4,7

/4 
3,5

/3 
2,33

/2 
0

 Quan hệ Ud = f(Uđk):

 

Ud

223

215

193

157,7

111,5

0

Uđk (V)

7

5,83

4,7

3,5

2,33

0

 Tuyến tính hoá đọan đặc tính AB, ta tính được hệ số khuếch đại của bộ biến  

đổi như sau.
             =32


  

Ta có : K   = 32;   = 0,01; Iư =  175(A); R  = 0,07 ( ); KD =4,8; St   5% chọn St = 

5%; D = 10; nđm = 1000  (v/p) thay vào công thức ta được:
                      
                              
Tính hệ số khuếch đại trung gian kTG: ta có K = KTG.K .KD 
 KTG = K/ K  .KD       
* Hệ số khuếch đại yêu cầu (Kyc) của toàn hệ thống 
 

Kyc = KTG.K  .KD .  = 6,6.32.4,8.0,01 = 10,17
Tóm lại mạch khuếch đại trung gian có hệ số khuếch đại là KYC = 10,17
 

Để thực hiện mạch khuếch đại trung gian này, sử dụng các vi mạch khuếch đại 

thuật toán  A741 mắc nối tiếp cùng với các điện trở chức năng.
Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động do có ảnh hưởng của 
nhiễu loạn bên ngoài mà hệ thống có thể bị mất cân bằng so với định mức.
 

 Khảo sát hệ thống là để  xét xem hệ thống đó có ổn định hay không, để  từ  đó 

tiến hành hiệu chỉnh hệ  thống đảm bảo yêu cầu tin cậy, đặt được các chỉ  tiêu mong  
muốn.
  

Khảo sát chế độ động của hệ thống, là việc khảo sát hệ thống tín hiệu với khái  

niệm. Khi sự chuyển biến trạng thái của hệ thống sảy ra  một cách đột ngột, hoặc rất  
nhanh mà tốc độ biến thiên năng lượng điện từ, năng lượng điện cơ  là không thể  bỏ 
qua nghĩa là các khâu quán tính đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm việc của hệ 
thống. Khi khảo sát chế  động của hệ  thống cần nghiên cứu, khảo sát đặc điểm làm 
việc trong thời gian chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác.
 

 Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian.  

Để  khảo sát hệ  thống, ta thành lập sơ  đồ  cấu trúc của hệ  thống và sau đó xây dựng 
hàm truyền của hệ thống và sử  dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để  xem hệ  thống đó  
có  ổn định hay không. Còn nếu như  hệ  thống chưa  ổn định thì phải hiệu chỉnh để 
nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống.


II. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG
Đầu tiên ta đi mô tả toán học các phần tử trong hệ thống sau đó mới tiến hành 
xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Giả sử ta xét cho hệ  điều tốc với mạch vòng  
phản hồi âm tốc độ. Các bước để mô tả:
Bước 1: Dựa vào quy luật vật lý của các phần tử  để  viết ra phương trình vi 
phân mô tả trạng thái động.
Bước 2: Xây dựng cấu trúc,trạng thái động của từng phần tử  và cùa hệ  điều  
tốc.
Bước 3: Tìm hàm truyền của hệxét đến điều kiện ổn định.

1. Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển
Ta có sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu khi van dẫn dòng như sau :

 Hình 5­1: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển
Hệ số chính lưu : 
Do tính chất dẫn xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời điểm 
thay đổi tín hiệu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc   . Độ  dài thời 
gian trễ này có đặc tính ngâu nhiên.
Do có khoảng thời gian trễ   nên: KCL . e­P. .Uđk = Ud  
Trong đó: là thời gian trễ.
      ­ Tia 1 pha:   =10 (ms)
                ­ Tia 2 pha, cầu 1 pha:  = 5 (ms)
                ­ Tia 3 pha:  = 3,33 (ms)
                ­ Tia 6 pha, cầu 3 pha: = 1,67 (ms)


Hàm truyền của khâu chỉnh lưu: 
 Khi tần số điện áp xoay chiều đủ  lớn có thể  dùng biến đổi gần đúng từ  khai 
triển Mc.Lauin.
  

 
Và khi này có thế thay thế hàm trễ bằng một khâu quán tính.

 

 Nên :     
Sơ đồ cấu trúc của khâu chỉnh lưu như sau:

                      Hình 5­2: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh  lưu.

 2. Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Ta có sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:

Hình 5­3: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều
Xét ở chế độ quá độ, động cơ điện một chiều ta sẽ có các phương trình mô tả 
sơ đồ thay thế như sau:
 
  

Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:
   
Biến đổi Laplace ta được: 
   
   
 Phương trình chuyển động của hệ:


                     hay     
                            
Trong đó: 
Hằng số thời gian của mạch phần ứng: 
                    
Hằng số thời gian điện cơ: 
Ta có: ; 
Trong đó: J = 18,9 (kgm2)
Tốc độ góc:  
 
     Trong các phép tính trên sử dụng các đại lượng K (n),  (n) là các hệ số  tính theo 
tốc độ
Chuyển sang toán tử Laplace ta có:

           
Mặt khác ta có :  
Từ các phương trình mô tả toán học trên ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện một  
chiều như sau: 
Hình 5­4: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều.

Hình 5.4 sơ đồ cấu truc động cơ một chiều
3. Bộ khuyếch đại tỷ lệ và máy phát tốc.
Bộ khuyếch đại tỷ lệ:
Máy phát tốc:

Wp(p)= = Kp

W(p)=  = γ

4. Xây dựng sơ đồ  cấu trúc trạng thái động của hệ  thống kín với phản hồi âm 
tốc độ và âm dòng điện.


Nhận xét: Ta nhận thấy đối với hệ thống hở thì sai lệch tĩnh của hệ thống lớn  
hơn nên không đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Để đảm bảo điều chỉnh tốc độ tốt thì St 
phải nhỏ, mà điều này với hệ thống hở không thể làm được. Để  đảm bảo được yêu 
cầu đặt ra thì ta buộc phải đưa dùng hệ thống kín có phản hồi. Vì vậy, trong nội dung 
đồ án này chung ta thực hiện điều khiển hệ thống bằng hệ kín có phản hồi âm tốc độ 
và phản hồi âm dòng nhằm thoả mãn hai yêu cầu: Chất lượng tĩnh của hệ và bảo vệ 
dòng điện.
4.1. Khảo sát chế độ động của hệ thống
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh.

  

   Hình 5­5: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống khi chưa hiệu chỉnh
   Trong đó: Ucđ là tín hiệu đặt điện áp tốc độ(điện áp chủ đạo).
­ Hàm truyền của mạch khuếch đại trung gian: w1 = wy = Ky/Tf.p + 1
Trong đó: Ky, Tf là hệ số khuếch đại của mạch và hằng số thời gian của các bộ 
phân lọc.
­ Hàm truyền của bộ biến đổi:   w2 = wП = 
Trong đó: +Kcl = KП = là hệ số khuếch đại của chỉnh lưu.
  + Tv0 là hằng số thời gian ; Tov =    trong đó m và   là các pha chỉnh lưu và tần số góc 
của nguồn điện.


­ Hàm truyền của các khâu quán tính điện từ: w3 = wδ1(p) =
­ Hàm truyền của các khâu quán tính cơ: w4 = wδ2(p) = 
­ Hàm truyền của các khâu nhiễu sức điện động của động cơ: w5 =  Ta có:  
Trong đó: + Rư, Lư là điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ.
      + Tư là hằng số thời gian của mạch phần ứng: Tư = Lư/Rư.
                 + TM là hằng số thời gian cơ học: 
                 + KD là hệ số khuếch đại của động cơ.                           
­ Hàm truyền của khâu phản hồi âm dòng có ngắt: 
w6 = wI = KI/Tip + 1
Trong đó: + Ti là hằng số thời gian của mạch lọc trong xen xơ dòng điện.
                 + KI = 0,03
­ Hàm truyền của khâu phản hồi âm tốc độ:
w7 = w   = K  /T  p + 1.
4.2. Xây dựng hàm truyền của hệ thống

Để xây dựng hàm truyền của hệ thống ta biến đổi tương đương sơ đồ cấu trúc  
của hệ thống.
Chuyển sang sơ đồ tương đương

Ta có hàm truyền 
Chuyển sang sơ đồ tương đương

Ta có hàm truyền 
Chuyển sang sơ đồ tương đương

Ta có hàm truyền hệ thống:

 

 


 
Thay các giá trị như: KI=0,03; Ru=0,07(Ω); K= 1017,2; Tv0; ; TM  = 0,00011s; Tu = 
0,04s
                    
B.  XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH TĨNH
Theo cách xây dựng  ở  trên thì họ  đặc tính cơ  của hệ kín có hai đoạn. Đoạn thứ 
nhất là đoạn làm việc  ở  chế  độ   ổn định tốc độ  với khâu phản hồi tốc độ  được bắt 
đầu từ điểm không tải lý tưởng cho đến điểm ngắt dòng và đoạn thứ hai là đoạn làm  
việc ở chế độ khởi động hoặc hãm hay có thể quá tải ứng với dòng phần ứng lớn hơn  
dòng ngắt Ing = 1,5.Iđm đến điểm ngắn mạch Inm, đoạn này làm việc với khâu phản hồi  
âm dòng có ngắt. Quá trình gia công chi tiết chỉ thực hiện ở hành trình thuận nên ta chỉ 
xây dựng đặc tính cơ ở hành trình thuận.
1. Đặc tính cao nhất 
Đặc tính cơ cao nhất là đặc tính ứng với tốc độ làm việc ổn định ở tốc độ định 
mức n = nđm .



Đoạn thứ nhất là đoạn làm việc ổn định với khâu phản hồi âm tốc độ nên ta 

có phương trình cơ điện: 
                       n=                                
­

Điện áp đặt ứng với chế độ làm việc ở đặc tính cao nhất Uđmax :
Điện áp đặt  được   tính  ở   tốc   độ   định  mức  với  chế   độ   làm việc  ổn  định,  từ 
phương trình (iii) ta rút ra được:
Uđmax=  
Thay n = nđm = 1000 (vg/ph) ta tính được điện áp đặt lớn nhất:

­

                          
Tại điểm không tải lý tưởng n = n0max ứng với dòng phần ứng Iư = 0
Thay vào (iii) ta được:  nomax=       


­

Điểm làm việc ổn định là điểm (Iđm ; nđm) = (175 ; 1000)

­

Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 226,5 A thì tốc độ là nngmax 
  nngmax=       
Đoạn thứ hai là đoạn làm việc ứng với khâu phản hồi âm dòng điện còn khâu  

phản hồi tốc độ làm việc ở chế độ bão hòa.
Với hệ thống này ta chọn tốc độ  tại thời điểm khâu ngắt bắt đầu tác động cũng  
là tốc độ mà tại đó khâu phản hồi âm tốc độ đạt giá trị bão hòa nbhmax = nngmax.
Lúc đó ta có:  Utg = Uđmax ­  nbhmax = 11 – 0,01.996 = 1,04 (V)
Ta chọn Ubh = 12 V khi đó ta tính được hệ ố khuếch đại tốc độ:  
                    
Từ  phương trình (1) và (2) ta rút ra được phương trình đặc tính khi làm việc với  
phản hồi âm dòng có ngắt:
n  = KĐC.{KD.KI [(Ubh – (Iư ­ Ing) ] ­ IưRư }              (*)                      
Tại điểm khởi động ta có n = 0 ứng với dòng ngắn mạch ở đặc tính cao nhất là  
Inm, thay vào (*) ta tính được dòng khởi động: 
                    
Vậy bội số dòng khởi động = Inm /Iđm = 317/175 = 1,8 < 2,5  do đó hệ số này chấp nhận 
được để động cơ khởi động anh toàn.
Đoạn thứ hai này đi qua hai điểm là điểm ngắt (1,5Iđm ; nngmax) và điểm khởi động 
(1,8.Iđm ; 0).
2. Đặc tính cao nhất
Ở  đặc tính cơ  thấp nhất thì động cơ  làm việc với sai số tốc độ  là lớn nhất, tốc  
độ làm việc ứng với dòng định mức là nmin = nđm /10 = 1000/ 10 = 100 (vg/ph)
Điện áp đặt khi động cơ làm việc ở tốc độ nhỏ nhất
           
Tốc độ không tải lý tưởng n0min:

­

                         
Tại điểm ngắt dòng ứng với Iư = Ing = 1,5.Iđm = 226,5 A thì tốc độ là              


­

Dòng ngắn mạch ứng với đường đặc tính cơ thấp nhất:
Ta cũng chọn tốc độ lúc khâu phản hồi dòng bắt đầu rơi vào trạng thái bão hòa là  
lúc khâu phản hồi âm dòng có ngắt bắt đầu tác động
 nbhmin = nngmin = 99(vg/ph)
Do điện áp bão hòa của KĐTT không đổi, đồng thời hệ  số  khuếch đại KI cũng 
không đổi nên điểm ngắn mạch của họ  đặc tính cơ  đều xuất phát từ  một điểm là 
(2,26.Iđm ; 0)

                        3.  Kiểm tra chất lượng tĩnh
Độ sai lệch tốc độ lớn nhất ứng với đặc tính cơ thấp nhất:
                   S% %     
Ta thấy s% < 5% nên hệ thống kín đảm bảo chất luợng tĩnh.
II. XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG
Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu loạn  
hoặc do nhiều nguyên nhân khác nhau mà hệ thống có thể mất ổn định. Tính ổn định 
của hệ thống là tính mà hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn mất  
đi sau một khoảng thời gian nào đó, hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định mới khi 
sai lệch đầu vào thay đổi.
Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ  tắt dần theo thời gian. 
Để  khảo sát hệ  thống, ta thành lập sơ  đồ  cấu trúc của hệ  thống và sau đó xây dựng 
hàm truyền của hệ thống và sử  dụng các tiêu chuẩn xét ổn định để  xem hệ  thống đó  
có  ổn định hay không. Còn nếu như  hệ  thống chưa  ổn định thì phải hiệu chỉnh để 
nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống.
1. Xét ổn định hệ thống
  Xét ổn định cho hệ thống theo tiêu chuẩn ổn định Hurwitez.
   + Phát biểu: "điều kiện cần và đủ cho hệ thống tuyến tính ổn định là hệ số a0 > 0 và 
các định thức Hurwitez dương."
   + Cách lập định thức Hurwitez

    Định thức  n có n cột và n hàng. Đường chéo chính của  n  bắt đầu từ  a1 liên tiếp 
đến an. Các số hạng trong cùng một cột trên đường chéo chính có chỉ số tăng dần, còn 
dưới đường chéo chính có chỉ số giảm dần. Các số hạng có chỉ số cao hơn n và bé hơn 
0 đều ghi là số 0
VD: Cho hệ thống có phương trình bậc ba
           
a0p3 + a1p2 + a2p + a3 = 0
Các định thức Hurwitez sẽ là
     ;    

1 

= a1 ;               

 Và   3  =  2.a3
+ Áp dụng tiêu chuẩn để xét ổn  định cho hệ thống
   Phương trình đặc tính của hệ thống:
                         
có hệ số a0 = 2,2.10­8 > 0
  Các định thức Hurrwitez:
     

                                  
                                 
                                  
         

1 

=  a1= 5.10­6 > 0

Tacó:   3 =  2.a3 mà   2 > 0 nên a3 = 51 > 0     3 > 0
Các kết quả tính toán trên phù hợp với tiêu chuẩn ổn định Hurwitez.
Kết luận: Hệ thống tuyến tính ổn định  
  


Lời Kết
 Trong thời gian vừa qua, với sự nổ lực của bản thân cùng với sự  chỉ  bảo tận  
tình của các thầy cô giáo trong bộ  môn trang bị  điện, đặc biệt là sự  giúp đỡ  tận tình  
của thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh, em đã hoàn thành xong bản thiết kế của  
mình về đề tài “Thiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy bào giường”. Trong 
quá trình thiết kế  đồ  án, với kiến thức còn hạn chế  nên bản đồ  án khó có thể  tránh 
khỏi các thiếu sót. Em mong nhận được sự  nhận xét, góp ý của các thầy cô giáo để 
bản thiết kế của em được hoàn chỉnh hơn.
         Em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn Trần Duy Trinh , cùng các thầy cô giáo 
trong bộ  môn Thiết kế  máy điện lời biết  ơn sâu sắc nhất. chúc các thầy cô giáo sức  
khỏe dồi dào và thành công hơn trong sự nghiệp của mình.
  Em xin chân thành cảm ơn!.
                                                                                    
                                                                              Vinh, ngày 29 tháng 2 năm 2016
                                                                                Sinh viên :Trương Hữu Qúy