Phần thứ nhất
Phân tích chọn phơng án truyền động
Đặc trng cho công nghệ gia công chi tiết bằng phơng pháp mài có yêu
cầu rất cao về độ chính xác kích thớc, độ nhẵn bề mặt. Khi gia công các chi
tiết khác nhau đòi hỏi phải có tốc độ khác nhau.Việc điều chỉnh tốc độ hay
đảm bảo tốc độ của máy sẽ đảm bảo chất lợng sản phẩm và an toàn trong sản
xuất, đạt năng suất cao Do vậy đa số các máy trong quá trình gia công
kim loại đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ.
Đối với máy mài vì nó là khâu thực hiện nguyên công cuối cùng nên
đòi hỏi độ chính xác và độ bóng cao nên viẹc điều chỉnh tốc độ cũngđòi
hỏi cao.ở máy mài việc thực hiện điều chỉnh tốc độ quay chi tiết gia công
đó là yêu cầu không thể thiếu và hết sức quan trọng trong khi thiết kế
cũng nh vận hành.
I. Chọn động cơ
Trớc khi đi chọn động cơ ta đi phân tích 2 loại động cơ thông dụng :
+ Động cơ điện xoay chiều :
+ Động cơ điện 1 chiều :
1. Động cơ điện xoay chiều
a. Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ 3 pha đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp
từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động
cơ khác. Sở dĩ nh vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ
chế tạo, vật hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện xoay chiều
3 pha ( Hình 2).
Xét đặc tính cơ:
M
M a S
a S
th th
th
=

2 2
2. .( )

1=
2
1
. .

f
P
Tuy nhiên nhợc điểm của loại động cơ này là điều chỉnh tốc độ và
khống chế các quá trình quá độ gặp khó khăn, mômen khởi động nhỏ, dòng
khởi động lớn. Mặt khác do đặc tính cơ có dạng đờng cong (Hình 3) nên việc
ổn định tốc độ gặp khó khăn. Nếu tuyến tính hoá đoạn đặc tính làm việc thì
chỉ có thể ổn định tốc độ ở điểm làm việc từ
0
đến điểm A trên hình vẽ. Còn
từ điểm A đến M
kđ
là đoạn đặc tính làm việc không ổn định của động cơ.
Trong thời gian gần đây, do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán
dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ không đồng bộ đã khai
thác đợc các u điểm của nó và trở thành hệ truyền động có khả năng cạnh
tranh có hiệu quả với hệ truyền động Tiristor - động cơ một chiều. Tuy nhiên
Hình2 Sơ đồ nguyên lý động cơ không
đồng bộ
Hình 3 Đặc tính cơ của động cơ không
đồng bộ =f(M) trong chế độ động cơ
việc ứng dụng các kỹ thuật mới này còn rất hạn chế ở nớc ta do giá thành còn
cao.

Phơng trình đặc tính cơ:


=
U
K
R
K
M
u u
( )
2
Nhận xét:
Dạng đặc tính cơ biểu diễn trên hình vẽ .Ta thấy đặc tính có dạng
hypenbol và rất mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ hơn định mức. ở
vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hoà nên từ thông hầu nh không thay đổi
và đạc tính có dạng gần tuyến tính . Hơn nữa đặc tính cơ của động cơ 1 chiều
kích từ nối tiếp có độ cứng thay đổi theo phụ tải , do đó thông qua tốc độ của
động cơ ta có thể biết đợc sự thay đổi của phụ tải . Vì vậy ta không nên sử
dụng động cơ này cho những truyền động có yêu cầu ổn định cao mà nên sử
dụng cho những truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo tải .
Vậy ta không thể dùng động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp cho công nghệ mài .
b. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
b) c)
Hình 5-b) Đặc tính tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
c) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thờng có cuộn kích từ mắc vào
nguồn một chiều độc lập (hình 6.a) (đối nguồn có công suất không đủ lớn)
và cũng có thể cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn
một chiều có công suất vô cùng lớn).

Từ phơng trình đặc tính cơ:
n =
U
Ce
M r r
C C
u f
e M



+( )
. .
2

ta thấy có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ :
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
động cơ.
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi từ thông.
+ Điều chỉnh bằng phơng pháp thay đổi điện ápđạt vào phần ứng
động cơ.
1. Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng động cơ
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào
mạch phần ứng.
Tốc độ không tải lý tởng:


0

chỉnh.
2. Điều chỉnh từ thông
Khi điều chỉnh từ thông:
Tốc độ không tải lý tởng:


ox
dm
x
U
K
= = var
Độ cứng đặc tính cơ:


= =
( )
var
K
R
x
u
2
Nhận xét:
Do cấu tạo động cơ, thực tế thờng điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì
ox
tăng, còn sẽ giảm. Ta có đặc tính cơ với
ox
tăng dần và

đổi điện áp : mô men ngắn mạch của động cơ giảm, độ cứng = const,tốc độ
động cơ thay đổi. Mặt khác ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động là có thể
điều chỉnh đợc tuỳ ý. Do vậy ta có thể điều chỉnh và ổn định tốc độ ở mọi dải
điều chỉnh.
Kết luận:
Từ công nghệ quay chi tiết và qua phân tích ở trên, để phù hợp ta chọn
động cơ 1 chiều kích từ độc lập và chọn phơng pháp điều áp đặt vào phần
ứng động cơ.
III. Chọn bộ biến đổi để cấp điện áp cho phần
ứng động cơ
Về phơng diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều u
việt hơn so với loại động khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc
độ dễ dàng mà cấu trúc mạnh động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng
thời lại đạt chất lợng cao trong dải điều chỉnh rộng.
Có hai phơng pháp cơ bản điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
-Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
Hình 9. Các đặc tính của động cơ một
chiều kích từ độc lập khi giảm điện áp
đặt vào phần ứng động cơ
-Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
-Bộ biến đổi máy điện: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều.
-Bộ biến đổi điện từ: khuyếch đại từ.
-Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu Tiristor.
-Bộ biến đổi xung áp một chiều:Tiristor-Tranzitor.
Và tơng ứng với bốn bộ biến đổi trên có bốn loại truyền động. Trong đồ
án này em chỉ xét 2 loại truyền động là:
Hệ truyền động máy phát động-động cơ và hệ truyền động chỉnh lu
động cơ.
1. Hệ truyền động máy phát động-động cơ (F-Đ)

/i
Nếu dây quấn kích thức của máy phát đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng U
KF
thì
i
U
r
KF
KF
KF
=
Sức điện động của máy phát trong trờng hợp này sẽ tỉ lệ với điện áp
kích thích bởi hệ số hằng K
F
, nh vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một
chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính
E
F
=K
F
.U
KF
a)
b)
Hình 10. Hệ thống máy phát động cơ. a) Sơ đồ nguyên lý;
b) Các đặc tính từ hoá và đặc tính tải
Nếu đặt R=R
ƯF
+R
ƯD

O KF KD
KD
U U
M
U
( , )
( )
(3)
Các biểu thức (1), (2), (3) chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích
thích của máy phát thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ
cứng đặc tính cơ thì giữ nguyên. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ
để có dải điều chỉnh rộng hơn.
-Các chế độ làm việc của hệ F-Đ.
Trong mạch động lực của hệ F-Đ không có phần tử phi tuyến nào nên
có đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Với
sơ đồ căn bản nh hình 10 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc đợc chế độ
điều chỉnh cả hai phía; kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ, đảo
chiều quay bằng cách điều chỉnh dòng kích thích máy phát, hãm dộng khi
dòng kích thích máy phát bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi
đảo chiều dòng kích từ, hãm ngợc cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều
hoặc khi làm việc ổn định với momen tải có tính chất thế năng v.v Hệ F-Đ
có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần t của mặt phẳng toạ độ [,M]
(hình 11).
ở góc phần t thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ
luôn cùng chiều nhau, sẽ điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối
nhau và |E
F
| > |E|, |
C
| > ||. Công suất điện từ của máy phát và động cơ là:

chiều có từ d, đặc tính từ hoá có trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ.
2. Hệ truyền động chỉnh lu - động cơ (CL-Đ)
Hình 11. Đặc tính cơ hệ F-Đ trong chế độ động cơ
Trong hệ truyền động chỉnh lu điều khiển
động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi là các
mạch chỉnh lu điều khiển có suất điện động E
đ
phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển
(góc điều khiển). Chỉnh lu có thể dùng làm
nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện
kích thích động cơ. Sơ đồ nguyên lý nh hình
12.
Với bộ biến đổi là chỉnh lu hình tia 3 pha (hình 13 a,b,c):
Trong mạch tải có điện cảm L nên i
d
thực tế là dòng điện liên tục i
d
=I
d
.
Góc mở đợc tính từ giao điểm 2 điện áp pha (phần giá trị dơng).
Giá trị trung bình của điện áp tải:
Hình 12. Sơ đồ nguyên lý của
hệ truyền động chỉnh lu động cơ
Hình 13 -a) Sơ đồ nối dây; b) Sơ đồ thay thế của chỉnh lu tia ba
pha c) Đồ thị thời gian
U U Sin d
U
Cos
d

d
= = +

1
2
2
2
1
2
2






. . ( )
(6)
của dòng tải
I
U
R
d
d
=

(7)
Dòng điện chỉnh lu I
d
chính là dòng điện phần ứng động cơ điện dựa

.
2
(9)
Đặc tính có độ cứng =
( )
.
K
R X
dm
t k

2
còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ
thuộc vào góc điểu khiển .



o
dm
U
K
Cos=
3 6
2
2
. .
(đối với chỉnh lu tia 3 pha)




Nhợc điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất
phụ trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng
điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung
là thấp.
Kết luận:
Qua các nhận xét về hai hệ truyền động trên cùng với u nhợc điểm của
chúng em quyết định chọn hệ truyền động chỉnh lu động cơ vì nó có nhiều u
điểm hơn, và truyền động cho máy mài không cần công suất lớn nên tránh đ-
ợc nhợc điểm của nó là xấu điện áp nguồn và lới điện xoay chiều.
IV. Chọn bộ biến đổi
Sau khi đã chọn đợc hệ truyền động CL-Đ ta tiếp tục đi chọn bộ biến
đổi. Vì hệ có yêu cầu không cao về xung dòng điện ở mạch phần ứng và
Hình 15- Đặc tính cơ của hệ CL-Đ
mạch kích từ. Nên em chỉ xét hai bộ biến đổi: Sơ đồ cầu 1 pha và sơ đồ tia 3
pha.
1. Chỉnh lu cầu 1 pha không đối xứng
Hoạt động của sơ đồ:
Khi =
1
cho xung điều
khiển mở T
1
trong khoảng thời
gian
1

2
tiristor T
1

cùng cho dòng chảy qua, U
d
=0
Khi =
3
=+ cho xung mở T
3
. Dòng tải i
d
=I
d
chảy qua D
1
và T
2
. Điot
D
2
bị khoá lại . . .
Hình 16. Sơ đồ đấu dâu của chỉnh lu cầu
một pha bán điều khiển
Trong sơ đồ này, góc dẫn dòng của Tiristor và của điôt không bằng
nhau.
Góc dẫn dòng của điốt là
D
=+, còn góc dẫn dòng của tiristor là

T
=-.
Giá trị trung bình của điện áp tải:

= =


1
2 2






.
.( )
của dòng trong điốt
I I d
I
T d
d
= =

+

1
2 2







: các van chỉnh lu có điều khiển
* Nguyên lý làm việc:
Giả thiết Ld=, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng và
cũng giả thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trớc thời điểm bắt đầu xét (t=0)
Ta tạm giả thiết rằng : trớc thời điểm t=
1
=thì trong sơ đồ vanT
3
đang dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T
1
sẽ
có điện áp thuận (vì u
T1
= u
a
- u
c
= u
ac
, và tại t =
1
= thì u
ac
>0 nên u
T1
>0 ).
Tại t =
1
= thì T
1

3
bị đặt điện áp ngợng nên khoá
lại, van T
2
thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau
1
trong sơ đồ chỉ có
van T
1
dẫn dòng, khi T
1
dẫn dòng :
u
d
= u
a
; i
T1
= i
a
= I
d
; i
T2
=0 ; i
T1
=0 ; u
T2
= u
ba

( ở đây >30
0
).
Tại t =
2
= 5/6 + thì T
2
có tín hiệu điều khiển và do đang có điện
áp thuận nên T
2
mở, T
2
mở thì u
T2
giảm về bằng không nên u
d
= u
b
và u
T1
= u
a
-
u
b
= u
ab
mà tại
2
thì u

T3
= u
cb
i
T1
= 0
Suy luận tơng tự nh vậy ta có từ t=
2
đến t=
3
thì T
3
làm việc và:
u
d
= u
c
u
T1
= 0 i
T2
= 0 i
T3
= i
d
= I
d
u
T1
= u

giảm về 0 và u
T3
= u
c
- u
a
= u
ca
.
Tại
1
: u
T3
<0 tức là T
3
bị đặt điện áp ngợc còn van T
3
vẫn cha dẫn dòng.
Nh vậy trong gia đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T
1
dẫn dòng ta có:
u
d
=u
a
u
T2
=u
ba
i

trong Ld do đó van T
1
vẫn tiếp tục
dẫn dòng.
Tại
2
: u
T1
<0 tức là T
1
bị đặt điện áp ngợc còn van T
1
khoá lại và ta có:
u
d
=u
b
u
T2
=0 i
T3
=0 i
T2
=i
d
=I
d
u
T1
=u

2
bị đặt điện áp ngợc còn van T
2
khoá lại và ta có:
u
d
=u
c
u
T2
=u
bc
i
T1
=0 i
T3
=i
d
=I
d
u
T1
=u
ac
u
T3
=0 i
T2
=0
Tại

.
-Giai đoạn hồ quang từ t
hq
đến t
c
.
Cách đặt dây chảy bảo vệ thiết bị bán dẫn mà em dùng trong sơ đồ
(hình 16):
-Đặt nối tiếp từng Tiristor.
-Đặt từng pha của cuộn dây thứ cấp máy biến ấp.
b. Bảo vệ quá điện áp
Tiristor cũng rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức,
ta gọi là quá điện áp. Mà thờng do hai loại nguyên nhân sảy gây nên qúa
điện áp.
-Nguyên nhân nội tại: đây là sự tích tụ điện trong các lớp bán dẫn. Khi
khoá tiristor bằng điện áp ngợc các điện tích nói trên đổi ngợc hành trình, tạo
ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắt .
Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động
cảm ứng rất lớn trong các điện cảm, luôn luôn có, của đờng dây nguồn dẫn
đến các tiristor. Vì vậy giữa Anot và Catot của tiristor xuất hiện quá điện áp
(xem hình 17).
-Nguyên nhân bên ngoài .
Những nguyên nhân ngoài thờng xảy ra ngẫu nhiên khi cắt không tải
một máy biến áp trên đờng dây, khi một cầu chì bảo vệ nhẩy, khi có sấm sét.
Để bảo vệ quá điện áp em dùng mạch RC. Mạch RC đấu song song với
tiristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tự điện khi chuyển mạch gây nên.
Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp máy biến áp là để bảo vệ quá điện áp do
cắt không tải (dòng điện từ hoá) máy biến áp gây nên (hình 18).
2. Bảo vệ cắt có thời gian
Hình 18 Sơ đồ mắc RC để bảo vệ mạch điện.