Tài liệu do an tot nghiep chuyen nganh tu dong hoa: thiet ke he thong trang bi dien tu dong hoa cho may bao giuong docx

Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Lời nói đầu
Ngày nay với công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá trong các lĩnh
vực sản suất của nền kinh tế quốc dân, cơ khí hoá tự động hoá các quá trình sản
suất đóng một vai trò hết sức quan trọng. Nó cho phép tăng năng suất lao động,
nâng cao chất lợng kỹ thuật của quá trình sản xuất, giảm nhỏ cờng độ lao động,
nhằm tạo ra hiệu qủa kinh tế cao nhất.
Bớc vào cuối thế kỷ XX chúng ta đã chứng kiến đợc những sự thay đổi
lớn lao của nền văn minh nhân loại đem lại, đó là sự phát triển mạnh mẽ của các
hệ thống truyền động điện. Ưu điểm nổi bật của việc sử dụng các linh kiện bán
dẫn là làm cho hệ thống trở lên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính
xác cao. Cho nên việc sử dụng quá trình tự động hoá trong quá trình sản xuất để
đảm bảo chất lợng, tăng năng suất và giảm giá thành sản phẩm là một nhu cầu
hết sức cần thiết.
Sau gần 5 năm học và nghiên cứu ở trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên, với sự giảng dạy của các thầy cô giáo cùng với sự giúp đỡ của bạn
bè và để đánh giá đợc kết quả học tập của quá trình học tập. Trớc khi ra trờng
em đợc giao làm đề tài tốt nghiệp Thiết kế hệ thống trang bị điện - tự động
hoá cho hệ thống truyền động chính máy bào giờng. Bản đồ án gồm 6 ch-
ơng:
Chơng 1: Giới thiệu công nghệ máy bào giờng
Chơng 2: Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động
Chơng 3: Tính chọn thiết bị điện
Chơng 4: Khảo sát chất lợng tĩnh
Chơng 5: Xét ổn định, hiệu chỉnh hệ thống
Chơng 6: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ thống
Với mục đích làm việc nghiêm túc, tinh thần học hỏi và những nỗ lực cao
của bản thân, nội dung của bản đồ án đợc xây dựng trên cơ sở những tính toán
logic, khoa học và có tính thuyết phục cao. Bản đồ án đợc trình bày một cách
logic, ngắn gọn nhằm giúp cho ngời đọc dễ hiểu, các số liệu đợc lấy từ những tài
liệu đã đợc các thầy cô giáo ngành Tự Động Hoá XNCN giảng dạy. Tuy nhiên,

do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lợng kiến thức lớn nên
bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết.
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
1
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Em rất mong nhận đợc sự góp ý xây dựng của các thầy, cô cũng nh bè bạn
để bản đồ án đợc hoàn thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án em đã nhận đợc sự
giúp đỡ, hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo cũng nh sự góp ý xây
dựng của các bạn bè đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của thầy giáo Võ
Quang Vinh công tác trong bộ môn Tự động hoá của trờng.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thiết kế


Lý tự trờng
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
2
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Chơng I
giới thiệu
công nghệ máy bào giờng
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
3
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
1.1. Chức năng - Công dụng của máy bào giờng
Máy bào giờng là loại máy có thể gia công các chi tiết lớn, hiện nay đợc
sử dụng rộng rãi trong các máy cơ khí, nó dùng để gia công các chi tiết bằng
kim loại lớn nh: Bệ máy, thân máy, máy bào, máy tiện v v... Ngoài ra nó còn sử
dụng để xẻ rãnh chữ T, V, Đuôi én có thể bào thô hoặc bào tinh. Chiều dài bàn

từ 1.5 ữ 12m.
1.2. Phân loại máy bào giờng
+ Tuỳ thuộc vào chiều dài bàn máy và lực kéo có thể phân máy bào giờng
thành 3 loại:
- Máy cỡ nhỏ chiều dài bàn L
b
< 3m lực kéo bàn F
k
= 30-50 KN.
- Máy cỡ trung chiều dài bàn L
b
= 4 - 5m lực kéo bàn F
k
= 50-70 KN.
- Máy cỡ lớn chiều dài bàn L
b
> 5m lực kéo bàn F
k
> 70 KN.
+ Dựa vào số trục phân ra.
- Máy bào một trụ: 7110, 7112, 7116.
- Máy bào hai trụ: 7210, 7212, 7216.
1.3. Cấu tạo máy bào giờng:
Máy bào giờng có cấu tạo từ nhiều chi tiết phức tạp, nhiều khối khác
nhau. ở đây ta chỉ mô tả kết cấu bên ngoài và bộ phận chủ yếu của máy.
- Đế máy: Đợc làm bằng gang đúc để đỡ bàn và trục máy, để có khối tạo
thế vững chắc có hai rãnh dẫn hớng chữ nhật và chữ V cho bàn máy chuyển
động dọc theo đế máy.
- Bàn máy: Đợc làm bằng gang đúc dùng để mang chi tiết gia công, trên
bàn máy có 5 rãnh chữ T để gá lắp chi tiết.

- Giá chữ U: Đợc cấu tạo từ hai trụ thép đứng vững chắc 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
- Xà ngang: Chuyển động lên xuống theo hai trục trên xà
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
4
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
- Các bàn dao máy: Gồm hai bàn dao đứng và hai bàn dao hông, trục bàn có
giá đỡ dao. Giá máy có thể quay đi một góc nào đó để gia công chi tiết khoảng
dịch chuyển lớn nhất của các con trợt là 300 mm, góc quay giá đỡ là 60
0

1.4. số liệu kỹ thuật máy bào giờng 7212
1.4.1. Kích thớc chi tiết gia công:
Kích thớc máy: 7950 x 4000 x 3445 (mm)
Kích thớc cho phép của vật gia công: 3000 x 1000 x 900 (mm)
Trọng lợng cho phép lớn nhất của chi tiết gia công trên 1m ở chiều dài
bàn là 1500 kg
Khoảng cách giữa hai trục đứng 1100 (mm)
Khoảng cách mặt bàn và dầm ngang 1000 (mm)
1.4.2. Kích thớc bàn máy:
Diện tích hiệu dụng: 900 x 300 (mm)
Chiều dài lớn nhất của một hành chình bàn 3200 (mm) hành trình nhỏ
nhất là 700 (mm)
1.4.3. Chỉ tiêu cơ học:
Giới hạn các tốc độ làm việc của bàn:
Vùng 1: V= (40 ữ 60) m/phút dùng gia công thô.
Vùng 2: V= (60 ữ 90) m/phút dùng gia công với các tốc độ hành trình
ngợc chiều dài bàn.
Giới hạn ăn dao ngang sau mỗi hành trình kép (0,25 ữ 12,5) (mm).

Lực kéo bàn
Vùng 1: Q
max
= 7000 kg ; Q
min
= 2500 kg
Vùng 2: Q
max
= 4700 kg ; Q
min
= 1700 kg
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
5
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
1.5. Những đặc điểm chủ yếu của các truyền động trên
máy bào giờng:
1.5.1. Truyền động chính :
Đặc điểm chính của truyền động máy bào giờng là đảo chiều với tần số
lớn, mô men khởi động, hãm lớn. Quá trình quá độ chiếm tỉ lệ đáng kể trong
chu kỳ làm việc. Mỗi chu kỳ làm việc gồm 2 hành trình :
1.5.1.1. Hành trình thuận :
Là hành trình gia công chi tiết gồm nhiều giai đoạn: Khởi động, ăn dao, vào
chi tiết, cắt gọt ổn định, ra dao khỏi chi tiết. Gia công với các tốc độ khác nhau.
1.5.1.2. Hành trình ngợc:
Là quá trình máy chạy không tải để đa bàn máy khỏi chi tiết về vị trí ban
đầu để chuẩn bị cho chu kỳ làm việc tiếp theo, tốc độ hành trình thuận (tốc độ
cắt gọt) đợc xác định tơng ứng với các yếu tố của chế độ cắt gọt, tốc độ hành
trình thuận thờng nhỏ hơn tốc độ hành trình ngợc để nâng cao năng suất của
máy.
Do đặc tính đảo chiều liên tục nên đồ thị tốc độ và dòng điện có dạng nh

sau:
12
t
321
t t
4
t t
5
t
76
t t
98
tt
10 11
t t

th

ng
ng
I
th
I
qđ
13
t
14
t
t
0

SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
6
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Truyền động chính mang tính chất chu kỳ. Quá trình cắt gọt chỉ xảy ra ở
hành trình thuận còn hành trình ngợc là hành trình chạy không tải để đa bàn
máy về vị trí ban đầu. Đây là dạng đồ thị thờng gặp, trong thực tế còn có nhiều
dạng khác đơn giản hoặc phức tạp hơn.
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và tăng tốc độ đến tốc độ
V
0
= 5 ữ 15 (m/phút) - tốc độ vào dao trong khoảng thời gian t
1
.
+ Sau khi chạy ổn định với tốc độ V
0
trong khoảng thời gian t
2
thì dao cắt
vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi tiết).
+ Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định V
0
cho đến hết thời gian t
3
.
+ t
4
: Thời gian tăng tốc độ từ V
0
ữV
th

(tốc độ cắt gọt).
+ t
5
: Bàn máy chuyển động với tốc độ V
th
và thực hiện gia công chi tiết.
+ t
6
: Bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V
0
.
+ t
7
: Bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là V
0
.
+ t
8
: Dao đợc ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là V
0
.
+ t
9
: Đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngợc đến tốc độ V
ng
.
+ t
10
: Bàn máy chạy theo hành trình ngợc với tốc độ V
ng.

+ t
11
: Thời gian giảm tốc đến V
0
để chuẩn bị đảo chiều.
+ t
12
: Bàn máy chạy ổn định ở vận tốc thấp V
0
để chuẩn bị đảo chiều.
+ t
13
: Đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện một chu kỳ khác.
Nh vậy T
ck
= t
1
+ t
2
+...+ t
13
= t
x
Từ đồ thị làm việc của bàn ta thấy rằng khoảng thời gian của bàn máy
theo hành trình ngợc thì không thực hiên cắt gọt kim loại nên để đảm bảo năng
suât máy ngời ta giảm nhỏ mức tối thiểu thời gian này bằng cách tăng tốc độ
hành trình ngợc 2 ữ 3 lần v
ng
= k.v
th

.
Trong trờng hợp tăng k > 3, thì thời gian quá độ khởi động của động cơ
tăng quá lớn, giảm năng suât máy, để tăng năng suât máy ngời ta phải giảm nhỏ
thời gian đảo chiều bằng cách đảm bảo gia tốc lớn nhất cho phép khi khởi động
đảo chiều. Một trong các biện pháp đó là phải xác định tỉ số truyền tối u của cơ
cấu truyền động từ động cơ đến trục làm việc .
M
i
+ M
c
= ( J
D
.i
2
+ J
m
)dw
m
/ dt
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
7
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Việc lựa chọn tỉ số tối u của máy bào giừơng khá quan trọng, thời gian
quá độ phụ thuộc vào mô men quán tính, mô men này tỉ lệ với chiều dài bàn
máy. Tuy nhiên thời gian quá độ cũng không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn chế
bởi lực phát sinh trong hệ thống và thời gian qúa độ phải đủ lớn để di chuyển
đầu dao.
1.5.2. Truyền động ăn dao:
Truyền động ăn dao cũng có tính chu kỳ đặc điểm nh sau: Mỗi truyền
động ăn dao (dao đứng hay dao hông) đều có chiều ăn dao và lợng ăn dao riêng

cũng có thể làm việc độc lập tuỳ theo công nghệ.
Mỗi truyền động hành trình kép của bàn thì truyền động ăn dao làm việc
một lần. Thờng nó bắt đầu làm việc khi bàn đợc đổi chiều và dừng lại khi dao
cắt sắp đi vào chi tiết.
Phạm vi điều chỉnh lợng ăn dao là: D = (100 ữ 200)/1. Lợng ăn dao cực
đại có thể đạt tới (80 ữ 100) mm / hành trình. Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc
với tần số lớn có thể đạt tới 1000 lần / giờ. Hệ thống di chuyển đầu dao cần phải
đảm bảo theo hai chiều ở cả chế độ di chuyển làm việc và di chuyển nhanh.
Bàn dao máy bào giờng có 2 dao đứng và 2 dao hông, 2 dao đứng đợc dẫn từ
động cơ xoay chiều và hộp giảm tốc hệ thống trục vít đai ốc có thể dịch chuyển
theo chiều ngang hoặc đứng, 2 dao hông đợc dẫn từ động cơ xoay chiều riêng
riêng biệt ở chế độ riêng biệt đối với dao đứng.
1.5.3. Truyền động nâng hạ xà:
Máy bào giờng có giá đỡ gọi là xà ngang để đỡ giá dao vững chắc. Xà
ngang đợc dịch chuyển lên xuống dọc theo hai trục máy để điều chỉnh khoảng
cách giữa đầu ra và chi tiết gia công.
1.5.4. Truyền động kẹp nhả xà:
Là truyền động đợc định vị chặt xà trên hai trục của máy để gia công chi
tiết hoặc nới lỏng xà để nâng hạ dao, giá dao, truyền động đợc thực hiện nhờ
động cơ xoay chiều qua hệ thống cơ khí. Tác dụng của lực nêm chặt bao nhiêu
tuỳ ý do ta điều chỉnh chuyển động với việc nâng hạ xà nh trên.
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
8
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
1.5.5. Bơm dầu:
Khi đóng cho bộ biến đổi làm việc thì bơm dầu cũng làm việc lợng dầu
trong máy bảo đảm thì rơle áp lực mới hoạt động làm kín mạch cho chuyển động
bàn, áp lực cần thiết 2,5at. Hệ thống bơm dầu thực hiện từ động cơ xoay chiều.
1.5.6. Quạt gió:
Động cơ quạt gió là động cơ xoay chiều đảm bảo cho truyền động bàn

của động cơ không đồng bộ vợt quá nhiệt độ cho phép.
1.6. yêu cầu trang bị điện cho truyền động chính:
Phụ tải của truyền động chính (truyền động bàn máy) đợc xác định bởi
lực kéo tổng. Nó là tổng của 2 thành phần: lực cắt và lực ma sát.
F
K
= F
Z
+ F
ms

Trong đó : F
Z
: Là lực cắt . (N)
F
ms
: Là thành phần lực ma sát . (N)
ở chế độ làm việc (hành trình thuận) lực ma sát đợc xác định bởi công thức :
F
ms
= . F
y
+ g.(M
ct
+ M
b
)
Trong đó :
+ = 0,05 - 0,08 Hệ số ma sát ở gờ trợt.
+ F

y
= 0,4 F
Z
Thành phần thẳng đứng của lực cắt . (N)
+ M
ct
,M
b
Khối lợng của chi tiết,bàn. (Kg)
ở chế độ không tải (hành trình ngợc) do thành phần lực cắt bằng không
nên lực ma sát bằng :
F
ms
= .g (M
ct
+ M
b
)
Lực kéo tổng : F
K
= F
ms
= .g (M
ct
+M
b
)
Quá trình bào chi tiết ở máy bào giờng đợc tiến hành với công suất gần
nh không đổi, nghĩa là lực cắt lớn tơng ứng với tốc độ cắt nhỏ và lực cắt nhỏ sẽ
tơng ứng với tốc độ cắt lớn.

Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất
của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc) và tốc độ nhỏ nhất của bàn
máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận):
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
9
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
D
V
V
V
V
ng
th
= =
max
min
.max
.min
Trong đó:
+V
ng.max
: Tốc độ lớn nhất của bàn máy của hành trình ngợc
+V
th.min
: Tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận
Thông thờng, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều
đợc cấp nguồn tự bộ biến đổi (BBĐ).
Theo yêu cầu của đồ thị phụ tải (hình 2), điều chỉnh tốc độ đợc thực hiện
theo hai vùng:
( I )

( II )
P,F
V
Fk
Pk
Hình 2
0
- Vùng I : F
K
= const.
- Vùng II : P
K
= const.
+ Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5 ữ 6)/1 với mô men trên trục
động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ V
min
=(4ữ6) m/phút đến V
gh
=
(20ữ25) m/phút, khi đó lực kéo không đổi.
+ Giảm từ thông động cơ trong phạm vi (4ữ5)/1 khi thay đổi tốc độ từ V
gh
đến V
max
= (75 ữ 120) m/phút, khi đó công suất kéo gần nh không đổi. Nhng sử
dụng phơng pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất của máy, vì thời
gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ động cơ lớn. Vì
vậy trong thực tế để tăng năng suất ngời ta thờng mở rộng phạm vi điều chỉnh
điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ
trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng. Trong trờng hợp này công suất

động cơ phải tăng lên k lần (k = V
max
/V
gh
). Nhng nhợc điểm của hệ thống công
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
10
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
suất đặt của động cơ tăng thì giá thành tăng không thỏa mãn đợc yêu cầu về
kinh tế.
Yêu cầu của truyền động bàn:
+ Yêu cầu điều chỉnh trơn 1 độ sụt tốc độ tơng đối cho phép không
lớn hơn 5%.
+ Quá trình quá độ khi khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập
trong bộ truyền với tốc độ tác động cực đại.
+ Có điều chỉnh tự động đảm bảo, có hạn chế dòng và duy trì ở mức độ
cực đại cho phép khi khởi động cũng nh đảo chiều hãm. Yêu cầu tác động linh
hoạt chắc chắc chắn độ tin cậy cao
+ Động cơ một chiều dùng để truyền động có công suất P >= 70KW
+ Phạm vi điều chỉnh: D = 40/1.
Đối với những máy bào giờng:
+ Cỡ nhỏ: Hệ thống truyền động chính thờng là động cơ không đồng bộ-
khớp ly hợp; động cơ không đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ điện một chiều
kích từ độc lập và hộp tốc độ.
+ Cỡ trung bình: Hệ thống truyền động là F-Đ (máy phát một chiều-động
cơ điện một chiều).
+ Cỡ nặng: Hệ thống truyền động là F-Đ có bộ khuyếch đại trung gian;
hoặc hệ chỉnh lu dùng Tiristor-động cơ một chiều.
Kết luận:
Qua phần giới thiệu, tìm hiểu chung ở trên ta thấy: Máy bào giờng có

quá trình công nghệ phức tạp, nhiều truyền động phụ yêu cầu hệ thống truyền
động bàn có độ chính xác cao, giảm thời gian quá độ nhỏ nhất để đảm bảo năng
suất của máy đặc điểm của truyền động chính của máy bào giờng là đảo chiều
với tần số lớn, mô men khởi động, hãm êm, quá trình quá độ chiếm tỷ lệ đáng
kể trong chu kỳ làm việc, chiều dài hành trình càng giảm ảnh hởng đến quá trình
quá độ càng tăng. Để đảm bảo năng suất của máy thì phải kéo dài hành trình cắt
gọt ra bằng cách ghép nhiều chi tiết gia công ngắn lại.
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
11
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Chơng II
thiết kế
sơ đồ nguyên lý hệ thống
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
12
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
2.1. Thiết kế mạch động lực
2.1.1. Mục đích và ý nghĩa
2.1.1.1. Mục đích:
Khi thiết kế hệ thống truyền động điện, việc lựa chọn động cơ truyền
động một cách hợp lý là rất quan trọng, động cơ điện nhận điện năng từ lới hoặc
nguồn cung cấp và biến điện năng thành cơ năng làm quay máy sản xuất. Động
cơ điện có nhiều loại khác nhau : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, kích
từ nối tiếp, động cơ điện xoay chiều, động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và rô
to dây quấn... Căn cứ vào yêu cầu truyền động chính của máy bào giờng ta sẽ
phân tích lựa chọn động cơ điện phù hợp với trang bị điện cho truyền động này:
2.1.1.2. ý nghĩa
Việc lựa chọn phơng án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng. Nó
liên quan đến chất lợng sản phẩm cũng nh ảnh hởng đến hiệu quả kinh tế của
sản xuất. Nếu nh lựa chọn đúng thì chúng ta có khả năng tăng năng làm việc,

hạn chế đợc hành trình thừa, chất lợng sản phẩm sẽ tốt hơn do đó hiệu quả kinh
tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngợc lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó
còn gây ra tổn thất lớn.
2.1.2. Phân tích và lựa chọn động cơ truyền động
2.1.2.1. Động cơ không đồng bộ:
Đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế, u điểm là cấu tạo đơn giản, đặc biệt là
loại rô to lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận hành tin cậy
trực tiếp dùng điện lới không cần dùng các thiết bị biến đổi khác nhợc điểm là
điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn, với động cơ lồng sóc thì
chỉ tiêu khởi động xấu hơn.
Phơng trình đặc tính cơ :
1
2
2
2
,
1
2
,
2
3

+








+
=
nm
f
X
s
R
R
s
R
U
M
Trong đó :
U
f
: là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to
R
2
,
,R
1

: là điện trở roto và stato đã quy đổi
s : hệ số trợt của động cơ
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
13
S
th
MM
th
M
đk

1

o
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
1
1



=
s
X
nm
=X
1

+ X
2

: là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng tản
sta to và rô to đã quy đổi
Phơng trình đặc tính của động cơ không đồng bộ có thể biểu diễn dới
dạng thuận tiện nh sau:
th
th
th
thth
sa
s
s
s
s
asM
M
.2
)1(2
++
+
=
trong đó:
'
2
1
R
R
a
=
Nếu trong khoảng 0 s < s

th
và nếu bỏ qua R
1
ở các động cơ cỡ lớn R
1
<< X
nm
ta có phơng trình dạng gần đúng :

Ta có :
dm
dm
S
M
0


=
Nh vậy trên đoạn làm việc của đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
có giá trị (-) gần nh không đổi và khá cứng
Với đoạn s > s
th
khi s > s
th
bỏ qua s
th
/s và phơng trình đặc tính cơ sẽ là:

S
SM

M
thth
2
=

2
0
.
.2
S
SM
thth


=
Trong đoạn này độ cứng (+) và giá trị của nó biến đổi vì vậy ngời ta
không làm việc trên đoạn này.
2.1.2.2. Động cơ một chiều :
Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy, có mô
men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn động cơ xoay chiều, nhng nhợc điểm là
giá thành đắt.
Động cơ điện một chiều gồm các loại kích từ song song, kích từ độc lập
và kích từ nối tiếp.
Với động cơ một chiều kích từ độc lập:
Đặc điểm của động cơ 1 chiều kích từ độc lập là dòng điện kích từ độc lập
không phụ thuộc với dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ
thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp điện trở mạch kích từ. Để đảm bảo
điều kiện trên ta có thể nối động cơ theo một trong hai cách sau:
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
14

nm
ù
X
U
M
0
2
2
3

=
dm
dm
s
sM
M
=
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
+ Nếu nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và có điện áp
không đổi thì mạch kích từ có thể mắc song song với mạch phần ứng khi đó
động cơ thờng đợc gọi là kích từ song song.
+ Nếu nguồn một chiều có công suất không đủ lớn hoặc cần phải thay
đổi điện áp phần ứng, thay đổi dòng điện kích từ thì mạch phần ứng và mạch
kích từ phải mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau nh sơ đồ sau và khi
đó động cơ đợc gọi là kích từ độc lập.
Sơ đồ nguyên lý nh sau:
Phơng trình đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập là:
M
K
RR

K
U
fu
u
2
)(
)(


+
=
Trong đó : Tốc độ quay của phần ứng (Rad/s )
U
u
: điện áp phần ứng (V )
R
u
, R
f
: điện trở phần ứng và điện trở phụ
K , : hệ số và từ thông của động cơ, M : mô men tải
Vì cuộn kích từ là độc lập nên = const nên đặc tính của động cơ này có
dạng nh sau:

M
đm

M
đm
Tn (Rf = 0)

R
0
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
15
Đ
Ckt
Ikt
Rkt
Rf
I
+
-
+
-
Ukt
U
Ư
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Ta thấy đờng đặc tính là đờng thẳng nên có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ
với giải điều chỉnh tốc độ rộng hơn nữa việc điều chỉnh tốc độ lại dễ dàng với
cấu trúc mạch lực mạch điều khiển của động cơ một chiều, mô men mở máy
lớn, đặc tính cơ cứng.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp:
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuận kích từ mắc nối
tiếp với cuộn phần ứng. Vì vậy cuận kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số
vòng dây ít dễ chế tạo.
Sơ đồ nguyên lý nh sau:
U
Ư
-

+
I
Ư
= I
kt
Rf
Đ
Ckt
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy rằng dòng điện kích từ chính là dòng điện
phần ứng nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào tải
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ này là:
B
M
A
=
2

Với:
constCKAA
==
..
12
const
CK
U
A
u
==
.
1

const
CK
R
B
==
.
Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy răng đặc tính cơ của động cơ có dạng
hypecbol và rất mềm nh sau:

M
Tn (Rf = 0)
0
R
Nh vậy ta thấy động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có đờng đặc tính
mềm và độ cứng thay đổi theo tải do đó thông qua tốc độ của động cơ có thể
biết đợc sự thay đổi của phụ tải, động cơ này có khả năng quá tải lớn về mô
men, do cuận kích từ nối tiếp với phần ứng lớn hơn định mức nên mô men tăng
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
16
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
nhanh hơn độ tăng của dòng điện, nh vậy mức độ quá dòng nh nhau thì động cơ
kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mô men và khả năng khởi động tốt hơn
động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Tuy vậy nó có nhợc điểm là khi điều
chỉnh dới tốc độ cơ bản ở vùng mô men định mức thì công suất động cơ này
phải chọn lớn hơn trong trờng hợp kích từ độc lập khi làm việc ở chế độ tốc độ
cực đại. Mặt khác loại động cơ này do đặc tính cơ mềm là đờng cong nên khó ổn
định tốc độ.
Kết luận:
+ Do yêu cầu công nghệ của máy bào giờng:
+ Có yêu cầu điều chỉnh tốc độ.

+ Dải điều chỉnh rộng.
+ Điều chỉnh thuận lợi trơn, vô cấp.
+ Độ sụt tốc độ trên toàn dải điều chỉnh nhỏ.
+ Sai lệch tĩnh nhỏ.
+ Hạn chế dòng ngắn mạch lúc khởi động.
Do các yêu cầu trên nên động cơ phù hợp cho truyền động chính của máy
bào giờng là động cơ một chiều kích từ độc lập.
2.1.3. phân tích Chọn phơng án điều chỉnh tốc độ động cơ
:
Để sử dụng hợp lý điện, tăng năng suất và nâng cao chất lợng sản phẩm
có 3 phơng pháp đảo chiều động cơ.
2.1.3.1. Phơng pháp thay đổi từ thông
Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ nh hình vẽ.



SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
17
CKĐ
+
R
K
-
+
Đ
-
I
N
I

1


2


3

0
Họ đặc tính cơ điện nhân tạo
của động cơ một chiều KTĐL
khi giảm từ thông
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thông của động
cơ một chiều KTĐL
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Nguyên lý điều chỉnh :
Thực hiện điều chỉnh bằng R
k
ở mạch kích từ :
U = U
đm
, R

= const, = var

0
=

.K

U
Khi giảm suy ra tăng.
=
..


K
R
.I
đm
. Khi giảm suy ra tăng đặc tính cơ có dạng nh
hình vẽ.
Công suất : P = U I

= const
Mô men : M = C
e
I = var
- Đánh giá chất lợng:
+ Phơng pháp thay đổi từ thông điều chỉnh đợc tốc độ lớn hơn tốc độ cơ
bản, lúc đó đặc tính cơ dốc hơn do đó dải điều chỉnh D hẹp hơn và sai lệch tĩnh
s
t
tăng lên. Nếu cấu tạo R
k
tốt thì có thể điều chỉnh vô cấp.
+ Phơng pháp này điều chỉnh đơn giản hơn tốn ít năng lợng điều chỉnh t-
ơng đối bằng phẳng. Nhng do điều chỉnh tăng tốc độ nên chỉ phù hợp với tải có
M
C

tỷ lệ nghịch với tốc độ.
2.1.3.2. Phơng án thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Từ phơng trình đặc tính cơ :
=
M
K
RfR
K
U
u
.
).(
.
2


+

Ta thấy khi U = const thì tốc độ chỉ phụ thuộc vào R

.
. Nh vậy ngời ta
có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng. Sơ đồ
nguyên lý và dạng đặc tính cơ nh hình vẽ:

Ta có : R


= var

0
=
const
K
U
=

.

SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
18
TN (R
f
= 0)
R
f1
R
f3
R
f2


0
M
c
M
0
Họ đặc tính cơ nhân tạo của động cơ
một chiều KTĐL khi tăng R
f

-
+
Đ
R
F
CKĐ
+
R
K
-
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện trở mạch phần
ứng của động cơ một chiều KTĐL
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
=
=

+
M
K
RfR
u
.
).(
2
var
Công suất : P = U I

= const
Mô men : M = C
e

I = const
Khi R


tăng, tăng do đó độ cứng đặc tính cơ giảm (dạng đặc tính
nh hình vẽ).
- Đánh giá chất lợng:
+ Phạm vi điều chỉnh phụ thuộc trị số và tính chất tải
+ Khi đa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng, R


càng lớn thì đặc tính
cơ càng mềm do đó sai lệch tĩnh càng lớn. Đặc biệt là khi điều chỉnh sâu, độ
chính xác và việc duy trì tốc độ rất kém, do đó khả năng chịu quá tải kém.
+ Do điều chỉnh dòng điện tiếp xúc trên R


nên rất khó điều chỉnh bằng
phẳng vô cấp và gây tổn hao công suất khi điều chỉnh.
+ Ưu điểm của phơng pháp này là thực hiện đơn giản dễ dàng, ít thiết bị
do đó giá thành rẻ.
2.1.3.3. Phơng pháp thay đổi điện áp:
- Nguyên lý điều chỉnh :
Điện áp đầu ra của bộ biển đổi E
b
đợc thay đổi bằng cách thay đổi U
đk
đặt
vào bộ biến đổi. Bộ biển đổi có nhiệm vụ biển đổi điện áp xoay chiều thành điện
áp một chiều phù hợp với cấp điện áp động cơ đã chọn

Từ phơng trình đặc tính cơ:
b u
2
E R Rf
= M
K. (K. )
+


Khi thay đổi E
b
suy ra =

.K
E
b
thay đổi
Còn =
constM
K
RfR
u
=

+
2
).(
= const
Công suất : P = U I

= var
Mô men : M = C
e
I = const
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
19
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của hệ thống nh hình vẽ sau :
- Đánh giá chất lợng hệ thống:
+ Phơng pháp thay đổi điện áp cho ta những đờng đặc tính cơ nằm dới đặc
tính cơ tự nhiên. Đó là những đờng thẳng song song có độ cứng không đổi .
+ Phơng pháp này cho ta phạm vi điều chỉnh rộng, điều chỉnh vô cấp vì đ-
ợc điều khiển trên các phần tử có công suất nhỏ .
+ Phơng pháp này dễ tạo ra các bộ biến đổi có chất lợng cao phù hợp với
loại tải có M = cosnt. Do vậy phơng pháp này dễ dàng cho việc tự động hoá và
có u thế trong việc thiết kế các hệ thống truyền động có chất lợng cao, ổn định
tốc độ ở mọi dải điều chỉnh.
* Nhận xét:
- Để phù hợp với yêu cầu truyền động chính (truyền động bàn máy) máy
bào giờng ta nhận thấy phơng pháp thay đổi điện trở phụ R
f
và thay đổi từ thông
đều không phù hợp, cả hai phơng pháp này đều làm giảm độ cứng của đặc tính cơ,
khó điều chỉnh vô cấp, dải điều chỉnh hẹp khó tự động hoá. Mặc dù bên cạnh đó
cũng có những u điểm nhất định .
- Phơng pháp điều áp tạo ra những đờng đặc tính song song dải điều chỉnh
rộng điều chỉnh bằng phẳng vô cấp, dễ dàng cho việc tự động hoá nâng cao chất
lợng của hệ thống. Vì vậy để lựa chọn phơng án cho truyền động chính ta dùng
phơng pháp điều áp là hoàn toàn phù hợp .
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i

20

BBĐ
U
đk
CKĐ
E
b
Đ
I
ư
+
-

0

01

02

03
0
M
đm
M
TN
E
bđm
E
b1

E
b2
E
b3
u
l
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
2.1.4. chọn hệ truyền động:
Theo phơng pháp điều chỉnh tốc độ đã chọn ở trên ta cần phải có điện áp
một chiều, điều chỉnh đợc, đảo chiều đợc, mà ở đây ta chỉ có điện áp xoay chiều
vì vậy ta chỉ có thể dùng các bộ biến đổi để bến đổi điện áp xoay chiều thành
điện áp một chiều. Sau đây ta lần lợt xét các bộ biến đổi với các u khuyết điểm
của nó.
2.1.4.1. Hệ thống máy phát động cơ ( F- Đ):
Sơ đồ nguyên lý:
R
KF
Đ
KT
k
F
K
C
B
A
+
_
ĐK
R
KĐ

K
1
K
2
K
2
K
1
KT
F
Động cơ truyền động đợc cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo
máy pháp F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Động cơ
ĐK cũng kéo luôn máy phát tự kích từ F để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và
máy phát F. Biến trở R
KF
dùng để điều chỉnh dòng kích từ của máy phát tự kích
K nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuận kích từ máy phát KT
F
và cuận kích từ động cơ KT
Đ
. Biến trở R
kt
dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy
phát do đó điều chỉnh điện áp phát ra của máy phát F và đặt vào phần ứng động
cơ nên có thể điều chỉnh đợc tốc độ động cơ.
- Phơng trình đặc tính cơ của hệ F Đ:
M
K
RR
K

E
D
UFUD
D
F
2
)(


+
=
- Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh giảm điện áp đặt vào phần
ứng động cơ ( U
đ
giảm) trờng hợp này tốc độ thay đổi còn độ cứng đặc tính cơ
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
21
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
giữ nguyên các đặc tính cơ song song với nhau. Thực hiện điều đó nhờ điều chỉnh
tăng điện trở R
KF
ở mạch kích từ máy phát. Dạng đặc tính nh hình vẽ
Khi điều chỉnh bằng cách giảm điện áp máy phát ra, thực tế hệ FĐ
không cho đợc những tốc độ quá thấp lý do là muốn có tốc độ nhỏ thì điện áp
đặt vào động cơ phải nhỏ nghĩa là điện áp máy phát hay từ thông kích từ máy
phát
F
phải nhỏ về nguyên tắc tăng R
KF
thì dòng điện kích từ sẽ nhỏ nhng từ tr-

ờng
F
không thể yếu hơn từ trờng d của máy phát đợc ngay cả khi I
KT
= 0 thì
suất điện động do từ d của máy phát tạo ra cũng khoảng (3-> 6) % trị số suất
điện động định mức do vậy giới hạn dới
min
của tốc độ hệ FĐ bị hạn chế vì
thế phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng động cơ
không quá D =
đm
/
min
= 30 : 1
Khi động cơ đảo chiều quay, các đờng đặc tính cơ của động cơ sẽ nằm
trong góc phần t thứ III. Việc đảo chiều quay động cơ Đ trong hệ FĐ đợc thực
hiện nhờ việc đảo chiều điện áp của máy phát đặt vào phần ứng của động cơ Đ
thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát.
Nhận xét:
+ Phạm vi điều chỉnh tăng lên (cỡ 30:1)
+ Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh
+ Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ
+ Hệ điều chỉnh đơn giản
+ Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
22
M

0

ỉ
đm
U
đm
M
c
TN
0
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
+ Có thể thực hiện hãm điện từ
- Nhợc điểm:
+ Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (không quá 75%),
cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn
+ Công suất đặt máy lớn
+ Vốn đầu t ban đầu cao
+ Điều chỉnh tốc độ sâu bị hạn chế.
2.1.4.2. Hệ thống T- Đ (van động cơ)
Đây là hệ thống truyền động tiristor - động cơ có đảo chiều quay và ta xét
sơ đồ điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng. Ta có sơ đồ hệ
thống nh sau:
Trên sơ đồ CL
1
và CL
2
là hai bộ chỉnh lu có điều khiển bộ CL
1
(khi quay
thuận) và CL

2
(khi quay ngợc). Hệ thống T- Đ có khả năng điều chỉnh trơn
1 với phạm vi điều chỉnh rộng D ~ 10
2
ữ 10
3
. Hệ hoạt động có độ tin cậy
cao, quán tính nhỏ hiệu suất lớn không gây ồn
* Đặc tính của hệ T- Đ:
Trong hệ T- Đ nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu tiristor.
Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng của động cơ. Nên ta có
phơng trình đặc tính cơ cho hệ thống T- Đ ở chế độ dòng liên tục là:
M
K
R
K
E
D
U
D
2
0
)(
cos





=

Độ cứng của đặc tính cơ là

=
U
D
R
K
2
)(


SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
23
Đ
C
kt
K
1
CL1
CL2
K
1
K
2
~
U
kt
_
+
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Họ đặc tính cơ của hệ thống này khi điều khiển bằng điện áp nh hình vẽ
sau:
0

M





C
A
B
C
M
C

1 = 0

2

3
- Các đặc tính cơ của hệ thống truyền động T- Đ mềm hơn các đặc tính cơ
của hệ thống F- Đ vì có sụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các tiristor.
Góc mở càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó
đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mô men cản M
c
nào đó, tốc độ động cơ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng minh khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ
có độ dốc lớn. Đó là vùng dòng điện gián đoạn. Góc càng lớn thì vùng dòng

điện gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn,
vùng dòng điện gián đoạn có dạng elip
+ Dải điều chỉnh rộng.
* Sơ đồ khối tổng quát của hệ truyền động van :
Trong hệ thống chỉnh lu sử dụng (T-Đ) có rất nhiều sơ đồ chỉnh lu khác
nhau nh: cầu 1 pha, tia 3 pha, cầu 3 pha...và để ổn định chất lợng tĩnh cũng nh
động của hệ trong hệ truyền động này ngời ta thờng lấy các tín hiệu phản hồi
mềm nh: phản hồi dơng, phản hồi âm...Từ đó ta có sơ đồ tổng quát chung của hệ
nh sau:
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
24
ĐK BBĐ
TH & KĐ
Đ
Nguồn xoay chiều
U
ĐKT
1
2
U
ĐK
5
3
4
Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
+ Khối 1: Là động cơ một chiều kich từ độc lập (hay cơ cấu chấp hành )
+ Khối 2: Là khâu phản hồi gồm các tín hiệu phản hồi nh phản hồi âm
dòng có ngắt, phản hồi âm tốc độ ...
+ Khối 3: Là khâu tổng hợp và khuếch đại trung gian làm nhiệm vụ tổng
hợp tín hiệu chủ đạo (u

cđ
) và các tín hiệu phản hồi .
+ Khối 4: Là khâu tạo xung điều khiển các Tiristor.
+ Khối 5: Bộ biến điện áp xoay chiều thành một chiều cung cấp cho động
cơ điện. U
cđ
là điện áp một chiều sau khi chỉnh lu với hệ thống này ta có thể điều
chỉnh đợc tốc độ động cơ một cách dễ dàng bằng cách thay đổi U
đk
thì điện áp
trung bình của BBĐ cũng thay đổi theo nhờ sự thay đổi của góc mở của các
van.
* Nguyên lý làm việc:
Giả sử trong sơ đồ trên việc điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng phơng pháp
thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ và trong hệ thống chỉ có phản hồi âm
tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt. Khâu TH-KĐ chỉ sử dụng các vi mạch, tín
hiệu vào khâu này gồm có tín hiệu chủ đạo U
cđ
, tín hiệu phản hồi âm tốc độ n,
tín hiệu âm dòng có ngắt I.1(I). Khi đó điện áp vào sẽ là :
U
v
= U
cđ
- n - I.1(I).
Tín hiệu này đợc đa vào bộ khuếch đại trung gian khuếch đại lên và đa
vào khối so sánh của khối tạo xung điều khiển để phát xung điều khiển các
Tiristor .
Khối tạo xung điều khiển gồm các kênh điều khiển hoàn toàn giống
nhau,mỗi kênh điều khiển một Tiristor. Tín hiệu điều khiển U

đk
đợc đa vào khối
tạo xung và so sánh với điện áp răng ca của khối tạo xung, giao điểm của hai
điện áp này sẽ xác định góc mở của bộ chỉnh lu. Khi thay đổi U
đk
thì góc mở
thay đổi dẫn đến điện áp đầu ra của bộ chỉnh lu thay đổi.
SVTK: lý tự trờng- Lớp ckt-04i
25