Thiết kế đồ án với hệ truyền động bằng bộ biến tần nguồn áp

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Li m u
Trong nhng nm gn õy nhng tin b trong khoa hc k thut ó a li
nhng ng dng ln lao v o trong quỏ trỡnh cụng nghi p húa hin i hoỏ ca
mi t nc. Bờn cnh nhng thnh tu v mt thc tin th ỡ nhng lý thuyt v
iu khin cng ln lt ra i gúp phn khụng nh trong vic xõy dng cỏc
nguyờn lý iu khin ti u cỏc h thng truyn ng trong cụng nghip.l mt
nc ang trong quỏ tr ỡnh xõy dng nn kinh t cụng nghip hin i vi nhim
v hin nay l thc hin thnh cụng quỏ trỡnh cụng nghip hoỏ hin i hoỏ, t
nc ta ang ngy cng ũi hi rt nhiu nhng ng dng manh m cỏc th nh
tu ca khoa hc k thut v o quỏ trỡnh sn xut a li nng sut lao ng
cao hn, cnh tranh c vi cỏc nc trong khu vc v th gii.
T trc n nay mỏy doa ngang luụn c s dng ph bin trong cỏc nh
mỏy xớ nghip, ... Nhng a ra gii phỏp iu khin giỳp ti u cho cỏc ch
tiờu cht lng ca h truyn ng n dao thỡ ta cn quan tõm my im sau
õy: ng c khụng ng b ba pha thuc loi ng c c s dng rng rói
hn ng c mt chiu vỡ cú giỏ thnh r, vn hnh an ton s dng trc tip
li in cụng nghip. Mt khỏc, do s phỏt trin mnh m ca k thut in t
cụng sut v k thut vi in t ó tng kh nng s dng ng c in KB ba
pha ngay c khi yờu cu cn iu chnh t ng truyn ng trong phm vi rng
cú chớnh xỏc cao m trc õy phi dựng ng c in mt chiu. Mt khỏc
phng phỏp iu chnh tc CKB ba pha rotor lng súc bng cỏch thay
i tn s dũng in stator cú u im ni bt so vi phng phỏp khỏc l:
Tc c iu chnh trong phm vi rng
Tit kim v mt kinh t
ng c roto lng súc vn hnh mt cỏch tin cy
Do ú ta thit k ỏn vi h truyn ng bng b bin tn ngu n ỏp cú cỏc
nhim v chớnh l:
Gii thiu v cụng ngh ca mỏy doa.
Tng hp h thng( bao gm tng hp mch v ũng tc v mch
vũng dũng in)

Thit k mch iu khin cho h truyn ng.
Qua mt thi gian tng i ngn vi s lng cụng vic cng ỏng k do ú
ỏn ny chc chn cũn cú nhng thiu sút, vi s n lc ca bn thõn em rt
mong nhn c ý kin úng gúp ca cỏc thy cụ giỏo.
H n i ngy 22 thỏng 6 nm 2005
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
CHNG I
GII THIU CễNG NGH CA MY DOA NGANG
I. Chc nng - cụng dng ca mỏy doa.
I.1. Chc nng v cụng dng ca mỏy doa.
Mỏy doa thuc nhúm mỏy ct gt kim loi . Doa l mt phng phỏp gia cụng
chi tit ,doa thuc cụng on gia cụng tinh ,nú gia cụng cỏc l ó c khoan
khoột, nhng l hỡnh cụn, hỡnh tr, ct ren. Ngoi ra mỏy doa cũn cú th c
dựng phay.
Doa l mt phng phỏp gia cụng tinh nú cú th t búng b mt t 6-9
v cp chinh xỏc t 4 - 2 hoc cp chớnh xỏc 1.
I.2 Phõn loi mỏy doa.
Mỏy doa l mỏy gia cụng c t gt kim loi . Trờn truyn ng chớnh ca mỏy
cú th gỏ mi khoan hoc mi doa, v ỡ vy mỏy cú th gia cụng thụ ( khoan
,khoột cỏc l hỡnh cụn ,hỡnh tr); cú th gia cụng tinh khi gỏ mi doa.
c im ca mỏy doa l cú th gia cụng ng thi nhiu l cú trc song song
hoc trc thng gúc vi nhau.Mỏy doa cú nhiu loi khỏc nhau vi kớch c ,
cụng dng v mc chuyờn mụn hoỏ khỏc nhau.
+ Nu phõn loi theo chc nng, cụng dng cú th phõn ra :
Mỏy khoan , khoột.
Mỏy doa.
+ Phõn loi theo chuyn ng.
Doa ng: dao quay theo phng thng ng.
Doa ngang: dao quay theo phng n m ngang.
+ Phõn loi theo mc trang b in.

Loi n gin: thng dựng ng c KB khụng cú iu chnh tc v
in.
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi số đôi cực hoặc dùng ddộng cơ một chiều nhưng là hệ thống hở.
Loại phức tạp : dùng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo hệ
kín hoặc có thể điều khiển theo ch ương trình . Đây là loại máy doa gia công có
độ chính xác rất cao.
+ Nếu phân loại theo trọng l ượng của máy ,ta có:
Loại nhỏ : trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn
Loại trung bình :trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn
Loại lớn: trọng lượng máy lớn hơn 100 tấn.
II. Giới thiệu máy doa.
II.1.Giới thiệu máy
Máy doa ngang nằm trong nhóm máy cắt got kim loại thứ ba,Đây l à loại máy
có vay trò quan trọng trong nền công nghiệp bởi v ì nó là loại máy doa vạn năng
Loại máy này có hệ thống trang bị điện hiện đại, nó có thể gia công đ ược nhiều
loại chi tiết khác nhau, khả năng công nghệ của nó có thể d ùng để doa, khoan,
khoét, phay với các nguyên công sau:
+ Nguyên công doa: thư ờng doa các lỗ hình côn ,hình trụ, các mặt phẳng
vuông góc với nhau có độ định tâm cao.
+ Nguyên công tiện: khi nắp lưỡi dao tiện thì có thể tiện trong ,cắt mặt đầu, cắt
ren... Với nguyên công cắt ren thì truyền động ăn dao được truyền từ trục
chính.
+ Nguyên công khoan: khi c ần gia công các lỗ có độ định tâm cao ta có thể
thực hiện trên máy doa, nguyên công này th ường nặng nề nhất. Nguy ên công
phay: phay mặt đầu, phay mặt phẳng, phay mặt trong ,phay mặt ngo ài.
II.2. Cảc truyền động cơ bản của máy doa.
a, Truyền động chính
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

Truyền động chính trong máy doa l à truyền động quay mâm gá dao, truyền
động này được thực hiện nhờ động cơ KĐB ro to lồng sóc, thay đổi tốc độ nhờ
thay đổi tốc độ nhờ thay đổi cách đấy dây từ -YY
Tốc độ của trục và mâm gá dao thay đ ổi trong phạm vi rộng có cấp nhờ hộp tốc
độ Khi thay đổi tốc độ nếu các bánh răng ch ưa ăn khớp động cơ được đóng điện
với mô men nhỏ tạo đi êù kiện cho các bánh răng v ào ăn khớp, truyền động này
có nhiều cấp tốc độ nhờ kết hợp cả hai ph ương pháp thay đổi tốc độ bằng điện
và bằng cơ khí.
Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thử
máy.
b, Truyền động ăn dao
Bao gồm các truyền động:
Chuyển động tịnh tiến theo ph ương ngang.
Chuyển động sang trái.
Chuyển động sang phải
Ngoài ra còn có chuy ển động của bàn máy và ụ máy theo hai chiều, các chuyển
động này được truyền động bằng động c ơ điện một chiều kích từ độc lập ,hoặc
động cơ xoay chiều roto lồng sóc và nó là truyền động quan trọng nhất, phức
tạp nhất trong máy doa với những y êu cầu về các thông số chất l ượng rất cao.
c. Các truyền động phụ
Truyền động di chuyển c ơ cấu kẹp chi tiết, được thực hiện nhờ động c ơ KĐB
ro to lồng sóc.
Các truyền động bơm nước, bơm dầu...
II.3.Kết cấu của máy doa.
a, Thân máy
Là phần cố định so với bệ máy, có kết cấu h ình chữ U, hai đầu có hai ụ
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
b, Ụ chính
Nằm trên thân máy, có thể chuyển động tịnh tiến so với thân máy. Động c ơ
trục chính được gắn vào thân máy cùng với hộp tốc độ.

Quá trình di chuyển được thực hiên nhờ trục chính hoặc động c ơ chạy dao .
c, Ụ trục phụ
Nằm trên thân máy có thể chuyển động tịnh tiến nhờ động c ơ ăn dao hoặc bằng
tay. Khi gia công chi tiết có đòi hỏi độ chính xác cao th ì nó có tác dụng giữ dao.
d, Bàn máy
Được bố trí giữa hai ụ, có thể di chuyển ngang, dọc, qua trái, qua phải.
II.4. Các chế độ vận hành của máy
a. Máy doa ngang có các ch ế độ vận hành sau:
Truyền dộng ăn dao nhờ hai chế độ vận hành bằng tay hoặc tự động.
Trong quá trình vận hành có thể thưc hiện chạy nhanh bàn dao bằng phương
pháp giảm từ thông động cơ. Chỉnh định toạ độ của ụ, trục nhờ hệ kính phóng
đại quang học.
Điều khiển máy nhờ các nút b ấm và tay gạt, chúng được bố chí trên hai ụ
máy.
b.Các thông số kỹ thuật.
Tốc độ động cơ n
min
: 2 [vòng/phút]
Tốc độ động cơ n
max
: 2900 [vòng/phút]
Tốc độ ăn dao v
min
: 10
-4
[m/s]
Tốc độ ăn dao v
đm
: 0,0785 [m/s]
Tốc độ ăn dao v

max
: 0,156 [m/s]
Lực cắt F
z
: 30 [kN]
Mômen quán tính cơ cấu J : 0,01 [kg/m
2
]
Hiệu suất

: 0,8
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Bán kính quy đổi lực cắt về trục động c ơ điện
 /v
5.10
-4
III.Các trang bị điện yêu cầu cho truyền động ăn dao của máy do a.
Trong máy doa ngang truy ền động ăn dao là truyền động phức tạp nhất, nó
đòi hỏi hệ thống trang bị fđiện có mức độ tự động hoá cao. truyền động n ày có
các yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng như sau.
1. Phạm vi điều chỉnh tốc độ
Truyền động ăn dao của má y doa ngang có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dải
điều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số:
1500
2
3000
min
max

n

n
D
2. Độ trơn khi điều chỉnh
Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau nh ư doa lỗ có đường kính
lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi doa mặt thì cần tốc độ lớn . Để đảm bảo chất
lượng gia công bề mặt có độ bóng từ 6- 9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vô
cấp.
  

n
n
i
i
1
1
3.Độ ổn định tốc độ khi l àm việc.
Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính x ác cao ngay cả khi tốc độ
truyền động chính thay đổi . Khi phụ tải biến đổi từ 0  M
max
thì yêu cầu độ sụt
tốc độ là:
n
n n
n
i dmi
i


 
0

0
3 5( )%
4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh v à đặc tính cơ.
Truyền độmg ăn dao của máy bao gồm các chuyển động tịnh tiế n, nếu
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
mômen cản M
C
do lực kéo ăn dao qui định th ì nó phải đảm bảo phụ tải có mô
men M lớn nhất.
Nếu yêu cầu mô men M = const th ì M
max
này được xác định bởi lực ăn dao, bao
gồm : lực kéo F
x
,tổn hao ma sát trên gờ trượt của máy.
Trong hầu hết phạm vi điều chỉnh ở vùng tốc độ thấp lực ăn dao bị hạn chế bởi
chiều sâu cắt do F
x
không đạt tới trị số cực đại mà phụ tải vào tốc độ ăn dao. Mà
vùng tốc độ cao, lực ăn dao c òn phụ thuộc vào công suất của truyền động chính
vì những cấp ăn dao cực đại chỉ sử dụng vớ i các cấp tốc độ chính xác cực đại,
do đó có thể dẫn tới quá tải và gây nguy hiểm cho truyền động chính. Mặt khác,
cũng với cấp tốc độ này thường dùng để gia công tinh lên lực ăn dao không cần
lớn, nếu có kể đến sự biến đổi của lực ma sát tr ên gờ trượt ảnh hưởng tới tốc độ
thì lực kéo bàn là Q
n
và được biểu diễn như hình vẽ sau.
Ở vùng tốc độ gia công ta có:
M = const , P tỉ lệ với U
Ở vùng chạy dao nhanh:

M P/n ; P=const
M
C
,P
C
n
0
n
1
n
2
M
C
P
C
n
HInh 1. Đồ thị
phụ tải
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
5.Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải.
Trong quá trình làm vi ệc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động
Quá tải tĩnh: do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi v ào vùng chai
cứng hoặc khi nhiệt độ tăng quá l àm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải.
Quá tải động : đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều. Để rút ngán
thời gian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá tr ình này.
Các biện pháp han chế phụ tải:
Hạn chế phụ tải truyền động chính thông qua truyền động ăn dao.
Hạn chế phụ tải tĩnh và động bằng phương pháp sử dụng khâu phản hồi âm
dòng có ngắt.
6. Yêu cầu hãm dừng chính xác

Việc dừng máy chính xác l à một yêu cầu rất qua trọng. Bởi v ì khi dừng chính
Đxác thì đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng năng suất của máy, an to àn cho
thiết bị và người vận hành.
Các biện pháp nâng cao chất l ượng quá trình hãm ( giảm thời gian hãm )
Sử dụng những thiết bị khống chế.
Tăng gia tốc của hệ thống.
Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm th ành phần mô men quán tính.
Tăng lực cản bằng cơ khí.
Hãm bằng điện , sử dụng một trong ba ph ương pháp:
+ Hãm ngược
+Hãm động năng
+ Hãm tái sinh
Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt v ào phần ứng động cơ.
7. Yêu cầu về kinh tế
Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đ ơn giản, gọn nhẹ, thuận
tiện cho vận hành và sửa chữa.
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Vốn đầu tư mua sắm thiết bị , chi phí vận hành phải hợp lý.
Giá thành hệ thống h, trong khi phải thoả m ãn các yêu cầu về kỹ thuật
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
CHƯƠNG II
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUY ỀN ĐỘNG
I.Giới thiệu chung:
I.1. Chọn động cơ
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB ) đ ược sử dụng rộng dãi trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung b ình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với
động cơ khác . Sở dĩ như vậy là do động cơ KĐB có kết cấu đơn giản , dễ chế
tạo,vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ l ưới điện xoay chiều ba
pha Tuy nhiên , trước đây các hệ truyền động động c ơ KĐB có điều chỉnh
tốc độ lại chiếp tỷ lệ rất nhỏ đó l à do việc điều chỉnh tốc độ động c ơ KĐB có

khó khăn hơn động cơ một chiều . Trong thời gian gần đây , do phát triển công
nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học , động c ơ KĐB mới
được khai thác các ưu điểm của mình . Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh
có hiệu quả với hệ truyền động Tiristo - Động cơ một chiều
Khác với động cơ một chiều ,động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm v à phần
ứng không tách biệt . Từ thông động c ơ cũng như mômen động cơ sinh ra phj
thuộc vào nhiều tham số . Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động
cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh . Trong định
hướng xậy dựng hệ truyền độ ng điện động cơ KĐB , người ta có xu hướng tiếp
cận với các đặc tính điều chỉnh của truyền động động c ơ một chiều .
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động
cơ KĐB :
Điều chỉnh điện áp cấp cho động c ơ dùng bộ biến đổi Tiristo
Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung Tiristo
Điều chỉnh công suất tr ượt P
s
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động c ơ KĐB bằng các bộ biến
đổi Tiristo hay Transistor
Trong phạm vi đồ án này ta sử dụng động cơ KĐB rôto lồng sóc
I.2.Nội dung chọn phương án.
Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều ph ương án giải quyết.
Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà
thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất.
Đối với các hệ thống truyền động đ ơn giản không có những yêu cầu cao thì
chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đ ơn giản. Còn các
hệ thống truyền động phức tạp có y êu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh
trơn, dải điều chỉnh rộng, đảo chều th ì phải dùng động cơ một chiều, các hệ
thống điều khiển đi với nó phải đảm bảo đ ược các yêu cầu và có khả năng tự
động hoá cao.

Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động ph ù hợp chúng ta phải dựa v ào
công nghệ của máy từ đó đ ưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công
nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các ph ương án đưa ra cần so
sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động c ơ điện một chiều
thì bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất l ượng của hệ
thống. Do đó việc chọn lựa ph ương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc
xét ở hệ thống ( bộ biến đổi - động cơ ).
Việc so sánh lựa chọn đ ược phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt quan
trọng, nó được thể hiện qua các mặt:
+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản suất.
+ Đảm bảo làm việc tin cậy, lâu dài.
+ Giảm giá thành sản phẩm và tăng năg suất lao động.
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
+ Khi sải ra hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ d àng với các linh kiện ,
thiết bị dự trữ sẵn có, dễ kiếm, dễ mua.
II. Các phương án truyền động.
Để có được phương án truyền động phù hợp xét trên cả hai khía cạnh kỹ thuật
và kinh tế cho truyền động ăn dao của máy doa , ở đây em đ ưa ra một số
phương án mà đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật công nghệ của truyền động
để từ đó làm căn cứ chọn ra phương án tốt nhất.
Yêu cầu công nghệ của truyền động ăn dao máy doa có những đặc điểm sau:
Phạm vi điều chỉnh:
D= 3000:2=1500
Độ trơn khi điều chỉnh:
  

n
n
i
i

1
1
Độ ổn định tốc độ khi làm việc :
n
n n
n
oi dm
oi


 ( )%3 5
Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật của máy doa ta đưa ra các phương án k ỹ thuật sau :
Điều chỉnh điện áp cấp cho động c ơ dùng bộ biến đổi Tiristo
Điều chỉnh điện trở rôto bằng bộ biến đổi xung Tiristo
Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động c ơ bằng các bộ biến đổi tần số
Tiristo hay Transistor
II.1.Phương án I . Điều chỉnh điện áp cấp cho động c ơ dùng bộ biến
đổi Tiristo :
Mômen động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp stato do đó có thể
điều chỉnh được mômen và tốc độ KĐB bằng cách điều chỉnh giá trị điện áp
stato trong khi giữ nguyên tần số .
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Hình 2 : Sơ đồ khối nguyên lý
Hình 3 : Đặc tính điều chỉnh
M
th
M
th
,
U

1
0
S=0

Mc(

)
U
đm
, R
f
=0
S
thgh

S
th
U
b2
U
b1
M
R
F
O
U
1
~
O
ĐAXC

U
đk






ĐK
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Để điều chỉnh điện áp KĐB phải d ùng các bộ biến đổi điện áp xoay chiều
(ĐAXC) . Nếu coi điều áp xoay chiều l à nguồn lý tưởng (Z
b
= 0) thì căn cứ vào
biểu thức mômen tới hạn , có quan hệ sau :
2
,









dm
b
th
uth

U
U
M
M
, hay M
th,u
*
= U
b
*2
(2.1)
công thức 2.1 đúng với mọi giá trị của điện áp v à mômen . Nếu tốc độ quay của
động cơ là không đổi :
M
u
*
=u
b
*2
, const , M
u
=
gh
u
M
M
Trong đó :
U
đm
Điện áp định mức của động c ơ

U
b
điện áp đầu ra của ĐAXC
M
th
mômen tới hạn khi điện áp là định mức
M
u
mômen động cơ ứng với điện áp điều chỉnh
M
gh
mômen khi điện áp là định mức , điện trở phụ R
f
Vì giá trị độ trượt tới hạn s
th
nhỏ , bởi vậy không áp dụng cho động c ơ roto lồng
sóc . Khi thực hiện điều chỉnh động c ơ roto dây quấn cần nối thêm điện trở phụ
vào mạch rôto để mở rộng dải điều chỉnh tốc độ v à mômen . Như trên hinh 3
tốc độ động cơ được điều chỉnh bằng cách g iảm độ cứng của đặc tính c ơ , trong
khi đó tốc độ không tải lý t ưởng của mọi đặc tính đều nh ư nhau và bằng tốc độ
từ trường quay . Tổn thất khi điều chỉnh l à :
s
s
PMP
cocr


1
.)(
1


Nếu đặc tính cơ của phụ tải có dạng gần đúng :
M
c
= M
cđm
(
dm


)
x
= M
cđm
(
1


)
x
Tổn thất trong mạch rôto khi điều chỉnh điện áp l à :
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
)1()(
1
1
1







x
cdmr
MP
Tổn thất cực đại khi
0
dmcdmr
PMP  .
max
Như vậy tổn thất trong mạch rôto l à :
)1.()
1
(
1
1







x
r
P
)1()(
**
*
 

x
r
P
mômen của động cơ KĐB có thể được tính theo dòng điện rôto
s
RI
M
sr
1
2
3


nếu giữ dòng điện rôto là không đổi I
r
= const thì mômen và độ trượt có quan hệ
sau :
M.s=const
Vùng điều chỉnh tốc độ và mômen khi điều chỉnh điện áp bị giới hạn bởi các
trục tọa độ và đường cong :
M.s=
1
2
3

sr
RI
Hinh 4 : Dạng đặc tính cơ của hệ
I
r

= I
rđm
M
S=
0

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
II.2.Phng ỏn II : iu chnh in tr rụto bng b bin i xung
Tiristo.
u th ca phng phỏp ny l d t ng hoỏ vic iu chnh . in tr
trong mch roto ng c khụng ng b c tớnh :
R
r
=R
rd
+R
f
Trong ú :
R
rd
in tr dõy qun rụto
R
f
in tr ngoi mc thờm vo mch rụto
Khi iu chnh giỏ tr in tr mch rụto th ỡ mụmen ti hn ca ng c khụng
thay i v trt ti hn thỡ t l bc nht vi in tr . Nu coi on c
tớnh lm vic ca ng c , tc l on cú trt t s=0 n on cú tr t
s=s
th
, l thng thỡ khi iu chnh in tr ta cú th vit :

s=s
i
Rrd
Rr
trong ú :
s trt khi in tr mch rụto l R
r
s
i
trt khi in tr mch rụto l R
rd
ta cú biu thc tớnh mụmen :
i
rdr
s
RI
M
.
3
2


Nu gi dũng in rụto khụng i th ỡ mụmen cng khụng i v khụng ph
thuc vo tc ng c
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
ĐK
Hình 5 : Sơ đồ nguyên lý
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Hình 6 : Sơ đồ phương pháp điều chỉnh
Hình 7 : Đặc tính của động c ơ


0
1

1
M
0
R
C
T
1R
O
2
R
O
T
N
3R
O
4
T
T
T
D
1R
O
4
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Hot ng ca khoỏ bỏn dn t ng t nh trong mch in chnh l u xung ỏp
mt chiu . Khi khoỏ T

1
úng , in tr R
0
b loi ra khi mch , d ũng roto tng
lờn khi khoỏ T
1
ngt in tr R
0
li c a vo mch , dũng in rụto gim .
Vi tn s úng ct nht nh , nh cú in cm L m dũng in rụto coi nh
khụng i v ta cú mt giỏ tr in tr t ng ng R
e
trong mch . thi gian
ngt t
n
= T-t
d
nu iu chnh trn thỡ t s gia thi gian úng v thi gian ct t
n
ta iu chnh trn c giỏ tr in tr trong mch rụto
R
e
= R
0

00
R
T
t
R

tt
t
d
nd
d


in tr tng ng trong mch R
e
c tớnh i v mch xoay chiu ba pha
rụto theo quy tc bo ton cụng sut . Tn hao trong mch rụto :
)2(
2
erdd
RRTP
t cỏc phng trỡnh ta cú c in tr ph quy i l :
R=f
f
=
2
1
R
e
=

2
0
R
Khi ó cú in tr tớnh i , d d ng dng c c tớnh c theo phng phỏp
thụng thng , h cỏc c tớnh c ny quột kớn ph n mt phng gii hn bi cỏc

c tớnh c t nhiờn v c tớnh c cú in tr ph R
f
=R
0/2
. m rng phm
vi iu chnh mụmen cú th mc ni tip vi in tr R
0
mt t in dung
ln . Vic xõy dng cỏc mch phn hi iu chnh tc v dũng in rụto
c tin hnh tng t nh h iu chnh in ỏp
II.3. Phng ỏn III : iu chnh tn s ng c khụng ng b
1. Nguyờn lý iu chnh tn s v cỏc b bin tn :
Theo lý thuyt mỏy in ta cú biu thc:
p
f1.2
1


iu ú cú ngha l thay
i tn s s lm tc t trng quay v do ú dn n tc ng c thay
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
đổi. Dạng đặc tính c ơ của động cơ khi thay đổi tần số được trình bày dưới hình
vẽ sau:
Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f >f
đm
), thì mô-men tới hạn lại giảm (với
điện áp giữ không đổi), cụ thể l à:
2
1
th

f
1
M 
Hình 8 : Đặc tính cơ của động cơ Khi điều chỉnh tần số
Trong trường hợp tần số giảm, nếu giữ nguy ên điện áp thì dòng điện động cơ
tăng (do f giảm  X=2fL cũng giảm  I tăng), gây ảnh hưởng xấu đến các
chỉ tiêu của động cơ. Vì vậy để bảo đảm một số chỉ ti êu mà không làm đ ộng cơ
bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả điện áp động c ơ, cụ thể là giảm điện áp cùng
với việc giảm tần số theo quy luật nhất địn h
Biến tần có hai loại là biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp:
a. Biến tần nguồn dòng
Ưu điểm:
+ Độ tin cậy cao hơn biến tần nguồn áp
+ Dễ dàng làm việc ở chế độ hãm tái sinh
+Thích hợp cho các hệ truyền động có công suất lớn
F
Đ
M
M

§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Nhược điểm:
+ Nếu mất nguồn lưới trong khi đang hoạt động th ì biến tần nguồn dòng
không thể thực hiện hãm động năng.
+Sử dụng cuộn kháng L
d
khá lớn, tốn kém hơn về mặt kinh tế
b. Biến tần nguồn áp
Ưu điểm:
+ Có thể hãm động năng khi đột ngột mất điện nguồn.

+ Đáp ứng quá độ nhanh hơn
+ Sử dụng kỹ thuật PWM cho phép giảm tổn hao v à sóng hài, không
gây mômen đập mạch
+ Rẻ hơn biến tần nguồn dòng
Nhược điểm:
+ Không hãm tái sinh được, nếu muốn phải mắc th êm một bộ cầu chỉnh
lưu hoàn toàn.
+Độ tin cậy không cao bằng biến tần ng uồn dòng.
+Chỉ sự dụng cho hệ truyền động có công suất nhỏ v à trung bình
2.Luật điều chỉnh tần số động c ơ không đồng bộ .
a.Luật điều chỉnh từ thông không đổi .
Thực tế phương pháp điều chỉnh tần số động c ơ phải thực hiện đồng thời
với việc điều chỉnh b iên độ điện áp stato đặt v ào động cơ. Thông qua từ thông
động cơ có thể dùng mạch vòng điều chỉnh trực tiếp từ thông, hoặc có thể d ùng
điều khiển gián tiếp thông qua các đại l ượng khác như tần số f
1
, điện áp U
1
,
dòng điện I
1
và tần số trượt f
2
. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các bộ đo
lường gắn vào stato động cơ có nhiều nhược điểm nên thực tế ít sử dụng. Trong
thực tế thường sử dụng các ph ương pháp gián tiếp.
Trong chế độ định mức, từ thông l à định mức và mạch từ có công suất tối đa.
Luật điều chỉnh tần số - điện áp là luật giữ đúng từ thông không đổi tr ên toàn
dải điều chỉnh. Tuy nhi ên từ thông động cơ, trên mỗi đặc tính còn phụ thuộc rất
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

nhiều vào độ trượt s, tức là phụ thuộc mômen tải tr ên trục động cơ. Vì thế trong
các hệ điều chỉnh yêu cầu chất lượng cao cần tìm cách bù từ thông.
Từ kết quả thu được từ lý thuyết ta có quan hệ giữa d òng stato và từ thông roto:
2
1 ).T(+
L
=I
sr
m
m®r
s



r
r
r
R
L
=T


Từ biểu thức trên ta thấy, để giữ từ thông không đổi th ì dòng điện phải điều
chỉnh theo tốc độ trượt
* Ưu điểm của phương pháp:
Đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo cho dòng điện stato(I
1
), dòng điện
roto(I
2

), mômen tới hạn (M
th
), hệ số trượt tới hạn (s
th
) và từ thông động cơ
đều không phụ thuộc vào tần số.
Từ thông của mạch từ luôn l à tối đa và bằng với định mức.
Nhược điểm của phương pháp:
Nếu giữ từ thông không đổi m à phụ tải động cơ giảm thì làm tăng tổn hao
trong động cơ.
Mỗi động cơ phải cài đặt một sensor do từ thông không thích hợp chế tạo
đại trà và cơ cấu đo gắn trong đó bị ảnh h ưởng vởi nhiệt độ và nhiễu.
b. Điều chỉnh tần số - điện áp động cơ không đồng bộ :
Do ở vùng tần số cao (xung quanh giá trị định mức) mômen tới hạn có trị số
gần như không phụ thuộc vào tần số, nếu tỉ số R
s
/f
s
nhỏ. Khi tần số giảm, từ
thông khe hở sẽ giảm do sụt áp tr ên điện trở stato ứng với dòng điện định mức
không đổi ở mọi tần số, kết quả l à mômen tới hạn của động c ơ sẽ giảm, đặc biệt
sẽ giảm nhanh ở vùng tần số thấp. Từ thông chỉ đ ược duy trì là hằng số khi sụt
áp trên dây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua đ ược. Trong thực tế thì điện trở stato
không thể bỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng định mức sẽ không
thay đổi khi giảm tần số, trong khi sụt áp tr ên điện kháng giảm theo tần số. Do
vậy, sụt áp trên điện trở sẽ chiếm tỷ lệ lớn ở tần số nhỏ, điều n ày ảnh hưởng đến
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
từ thông khe hở. Vì vậy Tỷ lệ U/f được tăng lên ở vùng tấn số thấp để bù lại sụt
áp trên điện trở stato. Điều chỉnh từ thông khe hở không đổi bằng cách điều
chỉnh dòng điện tần số trượt.

Mômen của động cơ được tạo ra bởi sự tác dụng giữa d òng stato và từ thông
roto nên điều chỉnh dòng điện stato sẽ có tặc tính động học tốt h ơn phương pháp
điều khiển điện áp stato. Mặt khác, với bộ bi ên tần nguồn dòng có điều khiển dễ
dàng hạn chế được dòng điện và thực hiện bảo vệ ngắn mạch
III.Chọn phương án và thiết kế mạch lực
III.1.So sánh giữa các phương án khả thi.
1.Tính đơn giản trong điều chỉnh :
Về mặt này rõ ràng phương pháp xung đi ện trở roto chiếm ưu thế hơn. Như
nguyên lý đã đề cập ở phần trên thì ta chỉ việc thiết kế bộ điều chỉnh xung để
đóng cắt mạch điện trở r oto là có thể điều chỉnh được tốc độ động c ơ. Với
phương pháp điều chỉnh tần số ta c òn phải kết hợp với điều chỉnh điện áp theo
một quy luật nhất định; điều n ày làm phức tạp lên rất nhiều so với ph ương pháp
xung điện trở.
2.Về hiệu suất điều chỉnh v à dải điều chỉnh .
Phương pháp điều chỉnh điện áp không áp dụng đ ược cho động cơ không
đồng bộ rôto lồng sóc . Đặc biệt l à dải điều chỉnh của động c ơ nhỏ phải nối
thêm điện trở phụ để tăng dải điều chỉnh của động c ơ , phương pháp đi ều chỉnh
điện trở roto thực ch ất là phương pháp điều chỉnh công suất tr ượt, nhưng ở đây
công suất mạch roto không đ ược đưa tái sinh về nguồn hoặc sử dụng hữu ích
mà lại bị tiêu tốn vô ích trên điện trở roto. Vì vậy phương pháp này th ực tế cho
hiệu suất điều chỉnh thấp (chỉ đạt cỡ 10%); dải điều chỉnh thấp đặc biệt hiệu
suất điều chỉnh lại tỷ lệ nghịch với v ùng điều chỉnh. Còn phương pháp điều
chỉnh tần số có khả năng giữ cho tổn thất công suất l à hằng nên tổn thất điều
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
chỉnh nói chung là thấp nhất trong các ph ương pháp áp dụng cho hệ truyền động
xoay chiều.
Cả hai phương pháp đều cho phép có được momen khởi động lớn, đều có
khả năng khởi động với momen bằng momen tới hạn l àm việc nhịp nhàng ở hai
góc phần tư (I & IV); tức là có khả năng đảo chiều và hãm tái sinh. Nhưng với
phương pháp dùng biến tần ta có thể điều khiển việc đảo chiều kết hợp với việc

điều chỉnh xung mở các van bán dẫn trong bộ biến đổi n ên khả năng tự động
hoá điều chỉnh cao hơn.
3.Tính kinh tế.
Phương án dùng b ộ biến tần để điều chỉnh động c ơ roto lồng sóc thực tế là
phương án truyền động kinh tế. Mặc d ù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt
hơn so với giá đầu tư cho bộ điều chỉnh xung; nh ưng bù lạ động cơ kéo tải lại
dùng động cơ roto lồng sóc với tín đơn giản về kết cấu, vận h ành tin cậy giá
thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với
môi trường làm việc của động cơ truyền động bàn ăn dao máy doa thì việc xem
xét khả năng sử dụng động c ơ roto lồng sóc là hợp lý.
Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay
có thể quyết định chọn ph ương án truyền động dùng các bộ biến tần với
việc sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc.
III.2.Sơ đồ mạch lực :
Hình 9 : Sơ đồ nguyên lý mạch lực
CL
ĐK
NL
U
~
L
f
,R
f
C
f
M
c

U

s
§å ¸n m«n häc Tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
Trong đó :
CL bộ chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển
NL bộ nghịch lưu nguồn áp
ĐK động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc
R
f
,C
f
bộ lọc
M
c
mômen cản
R
f
điện trở của bộ lọc
Mạch chỉnh lưu ta sử dụng mạch chỉnh l ưu cầu 3 pha có máy biến áp :
Mạch nghịchlưu ta sử dụng mạch nghịch l ưu độc lập nguồn áp