Đề tài: Tính toán, thiết kế và mô phỏng máy mài

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.14 MB, 43 trang )

Phụ lục
LỜI NÓI ĐẦU………………..…………………………………………………2

1

LỜI NÓI ĐẦU
Sự bùng nổ cua tiến bộ khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực điênđiện tửtin
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 thiệncủa các bộ biến đổi ông 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 tử 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 điện 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 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
thầy giáo hướng 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 thiếu sót. Em rất mong
các thầy hướng dẫn và bổ sung thêm để đồ án này được hoàn chỉnh hơn.

Nghệ An, ngày 16 tháng 02 năm 2017

2

3

CHNG1.CSLíTHUYT
1.1.Giithiuchung
Mỏymicúhailoichớnh:Mỏymitrũnvmỏymiphng.Ngoira,
cũncúcỏcloimỏykhỏcnhau:mỏymivụtõm,mỏymirónh,mỏymict,
mỏymirng...Thngtrờnmỏymicúchitithocbnkpchititv
ỏmi,trờnúcútrcchớnhviỏmi.Chaiuttrờnbmỏy.

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

Hỡnh1.1.Sphõnloimỏymicụngnghip
Mỏymitrũncúhailoi:mỏymitrũnngoivmỏymitrũntrong.S
biudincụngnghmitrũncbiudintrờnhỡnh1ư2.
Đá mài

Chi tiết
a. Máy mài tròn ngoài

b. Máy mài tròn trong

Hỡnh1.2.Sgiacụngchitittrờnmỏymitrũn
Cỏcdngchuynngtrongmỏymitrũngmcú:
4

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...
1.2. Yêu cầu truyền động điện máy mài tròn
1.2.1. 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.

1.2.2. 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
5

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.
1.2.3. Truyền động phụ
Sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
1.3. Đặc tính cơ của máy mài
Đặc tính của cơ cấu sản xuất được khái quát bằng phương trình:
trong đó:
M c

= M co + ( M dm − M co )(

ω α
)
ωdm

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 M co =
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 nhưsau:
6

F

F

z

ad

v
0

v gh

vz

0

a. TruyÒn ®éng chÝnh

v1

v2

v ad

b. TruyÒn ®éng ¨n 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 nó giốngđặc 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:
7

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

8

CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ TRUYỀN
                                        ĐỘNG MÁY MÀI TRÒN
2.1. Chọn phương án truyền động
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 sócđể 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
chúngta.
Do yêu cầu điều chỉnh trơn tốc độ nên ta dùng bộ biến tầnđể 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.
9

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.
2.1.1. 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.
2.1.2. Biến tần gián tiếp:
10

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 mà phân ra thành biến tần nguồn dòng và biến
tần nguồn áp.
a.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.
b. Biến tần nguồn áp
11

Khâu trung gian một chiều là tụ Cf, 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.
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.
2.1.3 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) và gần đây điều khiển trực tiếp
momen (DTC) cũng xuất hiện trong các bộ biến tần công nghiệp thay thế cho

FOC. Đồ án này chủ định nghiên cứu ứng dụng phương pháp DTC cho điều
khiển bộ biến tần nguồn áp vì một số lí do sau
Phương pháp DTC cho phép áp đặt rất nhanh momen do đó, hoàn toàn

phù hợp với ứng dụng máy mài.
Phương pháp DTC cho phép có thể điều chỉnh với độ chính xác là tùy ý.
Mô hình đơn giản, không phụ thuộc nhiều tham số, do đó, không bị

ảnh hưởng bởi sai lệch do tham số của động cơ như các phương pháp khác.
12

Không phải thực hiện phép quay tọa độ do đó, thời gian tính

toánnhanh.

Tuy vậy, DTC cũng có nhược điểm: đáp ứng ở tốc độ thấp rất kém;

đáp ứng momen không trơn, độ nhấp nhô momen phụ thuộc dải trễ và khó có
thể khắc phục sự nhấp nhô momen này.
Và một lý do nữa, là DTC dù ra đời đã lâu nhưng chưa phổ biến ở

Việt Nam (ở Việt Nam phổ biến dùng DTC và U/f) mà phổ biến ở các nước
châu Âu. Trong quá trình hội nhập, các bộ điều khiển của nước ngoài chắc
chắn sẽ tràn vào Việt Nam, cho nên, em muốn đi sâu tìm hiểu, học hỏi và thử
nghiệm phương pháp DTC nhằm ứng dụng sau này.
2.2. Tính chọn động cơ và thiết kế mạch lực
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
Momen  quán  tính cơ cấu (J) : 0,009 kg/s2
Phạm vi điều chỉnh tốc độ, quy đổi về trục động cơ
13

Tốc độ bé nhất của chi tiết
                    nmin ct



ωmin ct =

= 48v / p

48
= 5, 03rad / s
60
2π

Tốc độ quay lớn nhất chi tiết:
          nmax ct = 480v / p





ωmax ct =

480
= 50,3rad / s
60
2π

Dải điều chỉnh:       D =

ωmax 10
=
ωmin 1

Quy đổi về trục động cơ  qua hộp số có tỉ số truyền i=3.
           ω min = i.ωmin ct = 3.5, 03 = 15,09( rad / s)
           ω max = i.ω 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
η .i
0,8.3

Công suất cơ cực đại yêu cầu của động cơ:
                       Pmax = M qd .ωmax = 10, 42.150,9 = 1, 57 KW
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 = 1,2 1,5).
14



           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

15

Hình 2.3: 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:
                 P = 3.U .I .cos ϕ =
                   = 3.400.4.8.0, 77 =

Pdm

η

220
= 2,53kW                               (1)
0,868

Tốc độ đồng bộ:
                 ndm =

60 f 60.50
=
= 1500 vòng/phút                (2)
p
2

Hệ số trượ t định mức:

S dm =

ns − ndm 1500 − 1450
=
= 0, 033
ns
1500

(3)

Tổng trợ một pha:
Z in =

U1dm
400
=
= 48,11Ω
3I1dm
3.4,8

(4)

Momen trên trục động cơ:
16

�
�
1 +a.sth
2.M th .

                M = �
sth
s
�
+
+2.a.sth
�
sth
s
�

�
�
�

�
�
�

(5)

Trong đó:
              M th =

p.U12dm
2
4π f1 ( R1 + R12 + X nm

= 66, 67 Nm (6)

              X nm = X 1 + X 2'

(7)


                a

=

R1
R2'

               nđm =

(8)

R2
2
R12 +X nm

(9)

Khi đó S = Sdm =  0,033 ta có momen định mức:


nđm =

2.M th . ( 1 + a.sth )
2.M th . ( 1 + a.Sth )

=
= 14,5 Nm
S đm Sth
1
      (10)
+ 30Sth + 2aSth
+
+ 2aSth
30.Sth
Sthđm S

Khi S = 1, ta có monen kh ởi động:


Ms =

2.M th . ( 1 + a.sth )
= 58 Nm
Sth
1
+
+ 2aSth
Sth
1

(11)

Giải hệ phươ ng trình (10) và (11) với ẩn là a, Sth ta có:
                   a =

R1
=1, 57
R2

(12)

17

Sth =

R2
2
R12 + X nm

= 0, 49

(13)

Tiếp tục giải 3 ph ương trình (6,12,13).
Giả thiết   X 1

X 2   ta có:

(14)

Suy ra
             L1 = L'2 = 4,39 mH
Tính điện kháng từ hóa

. Xuất phát từ mạch điệ n thay thế một pha

động cơ không đồng bộ ta có

�� R2' �
�
Z in = jX µ / ��R1 + �+ jX nm �
S �
��
�

Suy ra:

Re { Z in } = Z in .cosϕ =

(15)

R2'
R1 +
s
2

1 � R2' � � X nm
.�
R1 +
1+
�+ �
X µ2 �
S � �
� Xµ

2
� (16)
�
�
�

Ở chế độ định mức: s = sđm = 0,033 và Zin = 48,11 Ω; cos ϕ =0,77.
Thay vào (16) ta tính được:

Z in .cosϕ =

R2'
R1 +
sdm
2

R � � X nm
1 �
.
R
+
1+
�
�+ �
1
X µ2 � S dm � �
� Xµ
'
2

= 48,11.0, 77
�
�
�
�
2

Ta có: X µ = 74,55Ω và      Lµ = 237,3mH

(17)

Cuối cùng, ta còn phải quy đổi momen quán tính của hệ thống về đầu
trục động cơ. Để cho đơn giản, ta giả thiết các bánh răng của hộp số là lý
tưởng (nghĩa là không có mômen quán tính) và chi tiết chưa được gắn lên
tang trống. Do đó, momen quán tính qui đổi được tính  bởi công thức:

18

              J qdđc= J

+

J ht
0, 009
= 0, 009 +
= 0, 01kg .m 2
2
i

9

(18)

2.2.2. Thiết kế mạch lực
Sơ đồ mạch lực củ hệ truyền động

                  Hình 2.4. 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
a. Tính toán thông số mạch lực
Máy mài sử dụng điện áp lưới 3 pha có U dây = 380V trong khi động cơ
ta chọn sử dụng điện áp 400V nên không cần điều chỉnh điện áp DC bus của
đầu ra chỉnh lưu. Do đó mạch chỉnh lưu sẽ dùng diode và không cần mạch

19

xung áp để thay đổi DC bus. Khi đó ta có dòng định mức mỗi pha của động
cơ:

I dm380 =

400
I dm = 1, 05.4,8 = 5, 04( A)
380

Bằng thuật toán điều khiển, ta có thể giới hạn dòng khởi độnglà dòng
cực đại qua mỗi pha động cơ không vượt quá 2,5 lần dòng điện định mức. Do
đó, dòng điện cực đại qua mỗi pha:
Ipmax = 2,5 . 5,04 = 12,6 A
Do ta xét tải ở đây đấu sao nên ta có:
I d = I p =

I p max
2

= 8, 9( A)

Mạch chỉnh lưu gồm 6 diode mắc với nhau theo sơ đồ:

Hình 2.5. Sơ đồ mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu
 Nguyên lý hoạt động.
Bộ chỉnh lưu có chức năng biến nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều,
ở đây ta dùng mạch chỉnh lưu hình cầu không điều khiển, bộ chỉnh lưu bao
gồm các nhóm van diode chỉnh lưu bằng máy biến áp.

Van có tác dụng đóng mở tạo thành dòng một chiều.

20

Máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp nguồn phù hợp với yêu cầu cần

thiết của phụ tải, cách ly phụ tải lưới điện để vận hành an toàn, cải thiện
được dạng sóng nguồn điện lưới.

Giá trị trung bình của điện áp ra:

Ud =

6 π /6
3 6
6.U 2 f cosθ dθ =
U
2π −π /6
π 2f

Số đập mạch: n = 6.

Dòng trung bình qua van: I v =

Điện áp ngược max trên van: U v max

2,34U 2 f

Id
3

= 6U 2 f

Hình 2.6. Hình dạng điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu
Mạch chỉnh lưu sử dụng ở đây là chỉnh lưu cầu 3 pha dùng diode. Mạch
chỉnh lưu như trên đã phân tích dùng chỉnh lưu cầu 3 pha diode để điện áp ra
đạt nhấp nhô nhỏ nhất (đập mạch 6 lần trong 1 chu kỳ).
Dòng qua diode:
21

I D =

I p max
3

= 4, 2( A)

Điện áp sau chỉnh lưu (điện áp 1 chiều DC bus) là:

U
380
U d = 2,34 1 = 2,34
= 513, 4V
3
3
Từ công thức: U d =

6 π /6
3 6
6.U 2 f cosθ dθ =
U
2π −π /6
π 2f

Ta có giá trị điện áp hiệu dụng là :U 2 = U pha =

2,34U 2 f

Ud
= 220(V )
2,34

Điện áp ngược đặt lên Diode:

U ng = 6.U 2 = 2,45.220 = 539(V )
Chọn hệ số an toàn Ku =1,2 nên điện áp ngược lớn nhất đặt lên Diode
là:

U
= Ku .U ng = 1, 2.539 = 646,8(V )
                ng max
Chọn hệ số dự trữ dòng Ki=1,3 ta có dòng làm việc của Diode là:
        Iv = 1,3 . ID =1,3 . 4,2 = 5,46 A
Vậy ta chọn Diode  do Nga chế tạo có tham số sau:
Dòng điện
Diode

hiệu dụng

Sụt áp
Dòng điện trung bình

Điện áp cực

trên

đại đặt lên

diode

diode
B10; BЛ10

16A

10 (A)

100÷1200 (V)

0.6 (V)

Bảng 1. Thông số diode

 Khối lọc 1 chiều.
22

Là bộ phận không thể thiếu được trong mạch động lực cho phép thành
phần một chiều của bộ chỉnh lưu đi qua và ngăn chặn thành phần xoay chiều.
Nó có tác dụng san bằng điện áp tải sau khi chỉnh lưu, thực hiện chức năng
nguồn áp cho bộ nghịch lưu. Hệ số san bằng của khâu lọc:

ksb =

kdmvào
kdmra

Trong đó:



kdmvào là hệ số đập mạch đầu vào



kdmra là hệ số đập mạch đầu ra

Các sóng hài bậc cao sẽ rẽ qua tụ C f , còn lại thành phần một chiều và
một số sóng hài bậc thấp đi đến đầu vào của bộ nghịch lưu.
Ta có tổng trở của mạch là:

Z =


Up
Ip

=

220
= 24, 71(Ω)
8, 9

Rt = Z.cos = 24,71 . 0,77 = 19,02 Ω

Mục đích của của việc tính toán bộ lọc là xác định các trị số cần thiết của
điện cảm và tụ điện lọc sao cho thoả mãn hệ số đập mạch cho trước đồng
thời hiệu chỉnh để có kích thước vừa phải. Trị số điện dung C có thể tính gần
đúng dựa theo biểu thức:
   C

=

1
(F )
mdmωRt kdmr

Trong đó:
                   mdm là hệ số đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ
điện áp nguồn xoay chiều.
Ở đây với sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có hệ số đập mạch là mdm = 6.
23

ω1 là tần số góc của điện áp xoay chiều ω1 = 2π f = 2.3,14.50 = 314
k dmr là hệ số đập mạch đầu ra, đặc trưng cho khả năng giảm độ
đập mạch của bộ lọc.
*
kdmr = kdm

1
2
1
2
= 2
cos 2 α + mdm
sin 2 α
cos α mdm − 1
cos α
=

2
cos 2 0 + 36sin 2 0 = 0.057
36 − 1

Vậy thay số vào ta có:

C=

1
1
=
= 4,8.10 −4 ( F )

mdm .ω1.Rt .kdmr 6.314.19, 02.0, 057

b. Khối nghịch lưu
Là bộ phận rất quan trọng trong bộ biến tần, nó biến đổi dòng điện
một chiều được cung cấp từ bộ chỉnh lưu thành dòng điện xoay chiều với tần
số f2

Hình 2.7. Khối nghịch lưu
 Nguyên lý hoạt động :
Cho góc mở của mỗi transistor là 1800 và cứ 600 tiếp theo (kể từ khi
tranzistor trước đó mở thì cho 1 tranzistor khác mở). Như vậy trong cùng 1
thời gian có 3 tranzistor mở.
24

Tụ C có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi, mặt khác nó
trao đổi năng lượng phản kháng với cuộn cảm
Vai trò của các diode: Hoàn trả dòng phản kháng.
Ở mỗi thời điểm sơ đồ đều có một pha mắc nối tiếp với 2 pha đấu
song song do vậy điện áp pha trên tải chỉ có hai giá trị hoặc Ed/3 (khi pha đó
đấu song song với một pha khác) hoặc 2Ed/3 (khi nó đấu nối tiếp với hai pha
khác đấu song song). Giả thiết 3 pha của động cơ là đối xứng, ta có giá trị
hiệu dụng của điện áp pha:

2π
�π
�
2
2
�

2
π
3 �2 � � 2 En
1
1 � 3 �En �
2
U pha =
U dθ =
2
� dθ + ��3 En � dθ �= 3
2π 0� pha
2π � 0��
3
π � � �
� �
�
�
3
�
�
0÷60o

T

60o÷120o 120o ÷180o 180o÷240

T1
T2

1