Lời mở đầu
Sự bùng nổ của tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực điện-điện tử-tin học trong những
năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu sắc cả về mặt lý thuyết lẫn thực tiễn trong
lĩnh vực truyền động điện tự động.Đó là sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các bộ
biến đổi công suất,với kích thớc gọn nhẹ,độ tác động nhanh,dễ dàng ghép nối với các
mạch điều khiển dùng vi mạch điện tử,vi xử lý, Các hệ truyền động điện tự động ngày
nay thờng sử dụng nguyên tắc điều khiển vectơ 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 nh luật điều khiển.Điều này làm cho các hệ truyền động điện tăng độ
chính xác,làm cho việc chuẩn hoá chế tạo các hệ truyền động điện hiện đại có nhiều đặc
tính làm việc khác nhau,dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu của công nghệ sản suất.
Do vậy,đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ giúp chúng ta nắm chắc hơn những
kiến thức cơ bản,những hệ thống truyền động điện kinh điển đồng thời nó cũng nhằm
mục đích cho chúng ta từng bớc tiếp cận với thực tế,tiếp cận với những hệ truyền động
điện hiện đại.
Nội dung của đồ án đợc chia làm 4 phần:
Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ máy mài và hệ thống truyền động cho động
cơ quay chi tiết máy mài tròn.
Chơng II : Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công suất động cơ và mạch lực.
Chơng III : Xây dựng cấu trúc điều khiển tổng hợp hệ truyền động .
Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển.
Chơng V : Mô phỏng(Simulink).
Để có thể hoàn thành đợc đồ án này, bên cạnh sự cố gắng của cá nhân em cũng nh
của các bạn trong nhóm còn nhờ có sự hớng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của các thầy giáo
hớng 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 những thiếu sót. Em rất mong các thầy hớng dẫn và bổ
sung thêm để đồ án này đợc hoàn chỉnh hơn.

Em xin chân thành cám ơn !


biên
đá
Máy
mài
mặt
đầu
Máy mài vô tâm
Máy mài rãnh
Máy mài cắt
Máy mài răng2

a. Máy mài t ròn ngoài
b. Máy mài t ròn t rong
Đá mài
Chi t iết
Sơ đồ gia công chi tiết trên máy mài tròn
Máy mài tròn có chuyển động chính là chuyển động quay của đá mài, chuyển động
ăn dao là di chuyển tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyển tịnh tiến
theo hớng ngang trục (ăn dao ngang trục) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao
vòng). Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết.
III.Truyền động điện của máy mài.
1.Truyền động chính
Thông thờng truyền động chính máy mài không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử
dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc. ở những máy mài cỡ nặng, để duy trì tốc
độ cắt không đổi khi đá bị mòn hay kích thớc chi tiết gia công thay đổi, thờng sử dụng
truyền động động cơ có phạm vi điều chỉnh tốc độ là D=(2 ữ 4):1 với cs không đổi.
Máy mài trung bình và nhỏ v = 50 ữ 80 m/s nên đá mài có đờng kính lớn thì tốc độ

M
C0
: Mômen ứng với tốc độ =0;
M
đm
: Mômen ứng với tốc độ định mức
đm
Mc : Mômen ứng với tốc độ
: Số mũ phụ thuộc vào loại cơ cấu sản xuất. Với máy mài nói riêng và
máy cắt gọt kim loại nói chung, thờng nhận hai giá trị:
=1 (ứng với truyền động chính

=
1
M
c
và P = const)
=0 (ứng với truyền động ăn dao M
c
= M
đm
= const).
Trong thực tế, đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất không giữ đợc cố định theo một quy
luật trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh tốc độ mà thay đổi theo điều kiện công nghệ hoặc
điều kiện tự nhiên.
Đối với truyền động chính máy mài tròn, nói chung công suất không đổi (P = const)
khi tốc độ thay đổi còn mômen tỷ lệ ngợc với tốc độ

1
=

z
v
gh
0
F
ad
v
ad
v
1
0
v
2
b. T ruyền động ăn dao
a. Truyền động chính
Một hệ thống truyền động điện có điều chỉnh gọi là tốt nếu đặc tính điều chỉnh của
nó giống đặc tính cơ của máy. Khi đó, động cơ đợc sử dụng hợp lý nhất tức là có thể làm
việc đầy tải ở mọi tốc độ. Nhờ đó, hệ thống truyền động đặt đợc các chỉ tiêu năng lợng
cao. Nói cách khác, có thể lựa chọn động cơ có kích thớc nhỏ nhất cho máy.
Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng một hệ thống truyền động điện là độ
ổn định tốc độ %. Đờng đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định tốc độ càng cao. Nói
chung, truyền động chính yêu cầu % (5 ữ 15)% còn truyền động ăn dao yêu cầu
% (5 ữ 10)%.
5
Chơng II
Chọn phơng án truyền động. Tính chọn công
suất động cơ và mạch lực.
I.Các phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tính chọn
công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn yêu cầu đặt

+ Kích thớc lắp đặt lớn.
+ Vốn đầu t lớn, ồn.

6
2.Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một chiều .
Do điện năng đợc sản xuất và phân phối chủ yếu ở dạng xoay chiều có tần số công
nghiệp. Để cung cấp cho các động cơ một chiều từ lới điện xoay chiều, phải dùng thiết
bị biến đổi.
Nguyên lý chung của các bộ biến đổi đợc mô tả nh sau: Các van cho dòng điện đi
qua trong một phần chu kỳ gọi là khoảng dẫn, và ngắt mạch trong phần còn lại của chu
kỳ (khoảng đóng). Trong thực tế ngời ta sử dụng các loại van có điều khiển thời điểm
đầu khoảng thông nhng không thể ngắt mạch khi dòng điện cha giảm về không. Đồ thị
biều diễn dòng điện và điện áp là những đờng cong phức tạp có chứa thành phần một
chiều và xoay chiều. Do thành phần xoay chiều có ảnh hờng xấu đến quá trình phát nóng
và chuyển mạch của máy điện nên ta phải hạn chế nó.
- Đặc điểm của hệ truyền động T- Đ.
+ Hệ chỉ làm việc ở góc phần t thứ nhất do các van không cho dòng điện chạy theo
chiều ngợc lại.
+ Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên nhng cứng hơn đặc tính cơ của hệ F - Đ.
- Để hệ có thể làm việc ở cả bốn góc phần t của trục, hệ truyền động T - Đ có đảo
chiều ra đời:
+Phơng pháp điều khiển đổi nối mạch phần ứng.
+Phơng pháp điều khiển mạch kích từ.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối ngợc.
+Phơng pháp điều khiển chung Thyristo nối chéo.
+Phơng pháp điều khiển riêng.
- Ưu điểm:
+Độ tác động nhanh cao.
+Không gây ồn.
+Dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao.

,U
2
biến
đổi theo. Để biến đổi tần số, ngời ta có thể dùng các thiết bị máy điện hoặc bán dẫn với
nguyên lý hoạt động và cấu trúc khác hẳn nhau.
Ưu điểm:
+ Là phơng pháp có rất nhiều triển vọng.
+ Khi sử dụng các bộ biến tần thích hợp có thể đạt đợc điều chỉnh trơn.
+ Sử dụng cùng với động cơ không đồng bộ nên giảm đợc chi phí máy điện.
Nhợc điểm:
+ Bộ biến tần còn tơng đối phức tạp nên giá thành chế tạo cao.
+ Nếu sử dụng bộ biến tần gián tiếp hiệu suất sẽ giảm đi so với biến tần trực tiếp.
Với các đặc điểm của hệ truyền động một chiều và xoay chiều trên đây, ta thấy
rằng các phơng pháp đều có thể ứng dụng vào truyền động động cơ quay chi tiết máy
mài tròn. ở đây, ta chọn động cơ không đồng bộ với phơng pháp biến đổi tần số là vì
các lý do chủ yếu sau đây:
+ Đây là loại máy điện có kết cấu đơn giản.
+ Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng nh đời sống.
+ Sử dụng điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, dễ dàng cho việc lắp đặt, vận
hành và sử dụng.
8
+ Biến tần là thiết bị hiện đại, trong tơng lai sẽ đợc sử dụng nhiều hơn khi mà các
thiết bị bán dẫn với u thế ngày càng phát triền.
+ Có khả năng lập trình, tiện lợi cho ghép nối máy tính, nền tảng cho phát triển
sau này.
+ Và cuối cùng là tính kinh tế của sử dụng biến tần.
II.Tính toán các thông số của động cơ theo giả thiết:
Các thông số kỹ thuật hệ thống
- Mômen cực đại (M
max

c
= const
Đặc tính phụ tải
Phạm vi điều chỉnh tốc độ
max
và
min
.

min
= i.
cmin
= i.
60
2.
min

n
=2.
60
.2.40

= 8.38(rad/s) hay n
min
= 80(vòng/phút)

max
= i.
cmax
= i.

đm
.
max
=

1
.M
cmax
.
cmax
=
1
0,85
.20.
900.2
60


2216,5 (W)

2,2 (kW)
Ngoài ra còn cần phải chọn hệ số an toàn về công suất trong trờng hợp quá tải, lấy hệ
số an toàn k=1,5 (k=1,2 ữ 1,5)
Ta chọn loại động cơ nh sau: (Các đặc tính của động cơ trong truyền đồng điện)
MTM112_6 có thông số sau:
P
đm
= 3,5(kW) cos
đm
=0,75 r

= 2,02

Ta tính đợc hệ số trợt khi làm việc ở tốc độ định mức:

1
1
1000 900
0,1
1000
dm
n n
s
n

= = =
Đồng thời mômen định mức tính nh sau:

3500*60
37,15( )
2* *900
dm
dm
dm
P
M Nm

= = =

dm lv
dm lv

===

xkkx
ei

)(68,6
02,2
5,13
2
2
A
k
I
I
i
===


)(35,27
25,7
428,2)
1,0
958,2
(68,6
)()(
22
0
2
2
2

35,27)428,2
1,0
958,2
(
)(
11
2
2
2
2
+=
++
++
+
=++
+

+


+

=
jZ
j
jj
jj
jXR
jXXj
s

T 4
T 5
T 6
U a
I a
2 / 3 E n
1 / 3 E n
Tính toán các giá trị:

2 /3 2 /3
2
2 2
0 0 /3
1 1 2
[2 ( ) ( )
2 2 3 3
3
2 3.220
466,7
3
2 2
N
pha pha N
pha
N
pha N
E
U u d d E d
U
E

7,466
0
A
R
E
I
N
===

69,0
362,0362,01
362,01
2
97,0.3
1
1
1
2
3
1
2
2
2
2
=
+

=
+


II
d
===

a.Đối với mạch chỉnh lu:
Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0.
Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lu I
d
=8,77 A
Điện áp ra của bộ chỉnh lu: U
d
= E
n
=466,7 V
Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là I
d
/3=2,92 A
Điện áp ngợc đặt lên Thyristor U
ng
=2,45*U
l
.
Mặt khác ta có: U
d
=2,34*U
l
=> U
l
200 V;
Ung = 490 V


=






+
+
= ee
a
aa
R
E
i
Q
N
A

+ = /3 ữ 2/3
)771,12(21,9
1
)1(
2
3
03,1/
3
2


+=






+
+
+= ee
a
aa
R
E
i
Q
N
A
Trong khoảng từ 0 ữ /3 ứng với
1
thì I
a
=0
Dòng điện trung bình đi qua Transistor sẽ là:




1

= 4,351(A)
Điện áp ngợc đặt lên Transistor:
)(7,7466,1.7,466. VKEU
dtNng
===
Từ đó ta chọn Transistor có các thông số sau đây:
Mã hiệu V
CE
V
V
CE0
V
V
CE,sat
V
I
C
A
I
A
t
f
às
t
on
às
t
s

03,1
)864,21(21,9
2
1




deI
tbD
= 7,259(A)
Do đó ta chọn loại Diôt B-10 do Liên Xô(cũ) chế tạo có các thông số sau:
I
tb
= 10 (A)
U
ng
= 100ữ1000(V)
U = 0,7(V)
2.Tính chọn bộ lọc:
Ta áp dụng công thức :
Trong đó:

1
:Độ nhấp nhô của điện áp đầu ra chỉnh lu
1
= U
d






=
n
2
21
LC
( )
10
6
.268,0
314.6
2
95,0

==
LC









à
=


6
.80
2
30
0
78
sin
2
600.05,0.
10
3
.5,2
14.2.5,2.1
2
3
=


=
=

=










hệ số khuếch đại K

= U

/ U

= 10V, =94,25 rad/s
K

=0,11

f
là hằng số thời gian của bộ lọc và <5ms.Chọn
f
= 0,001s = 1ms
Hàm truyền máy phát tốc:

p
pF
FT
001,01
11,0
)(
+
=
b.Máy đo dòng :
Sơ đồ đo dòng xoay chiều ba pha đơn giản là dùng biến dòng: gồm ba biến dòng lắp
ở ba pha với điện trở tải Ro. Điện áp sơ cấp biến dòng qua mạch chỉnh lu cầu điôt 3 pha ,
mạch lọc RC lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lu.

pI
pU
pF

+
==
1)(
)(
)(
1
2
42,0
5,9.5,2
10
===
sdm
i
I
I
U
K

chọn =2,5 i
= RC hằng số thời gian của bộ lọc
Chọn
i
= 0,001s

o
U
2I
o
U
2I
Chơng III :
Tổng hợp và điều chỉnh hệ thống.
I.Mô tả động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ (ĐK) là loại máy điện đợc dùng rộng rãi trong kỹ thuật
truyền động do có các u điểm sau:
+ Khả năng quá tải về mômen lớn.
+ Có thể làm việc ở tốc độ rất cao hoặc rất thấp.
+ Động cơ rôto lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về
cách điện.
+ Có thể làm việc trong cả môi trờng có hoạt tính cao hoặc trong nớc.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách biến đổi tần số cho phép mở rộng phạm vi
sử dụng truyền động điện không đồng bộ trong nhiều ngành công nghiệp.Trớc hết chúng
ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ không đồng bộ cùng lúc nh
các động cơ truyền động của một nhóm máy dệt, băng tải, băng lăn,
Phơng trình cân bằng điện áp của mỗi dây quấn nh sau:

.
k
k k k
d
u R i
dt

= +

18

. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . . . . .
. . .
a aa a ab b ac c aA A aB B aC C
b ba a bb b bc c bA A bB B bC C
c ca a cb b cc c cA A cB B cC C
A Aa a Ab b Ac c AA A AB B AC C
B Ba a Bb b Bc c
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i L i L i L i
L i L i L i





= + + + + +
= + + + + +
= + + + + +
= + + + + +
= + + + . . .
. . . . . .
BA A BB B BC C
C Ca a Cb b Cc c CA A CB B CC C

= + + + + + +
= + + + + + +
= + + + + + +
= + + + .
.
. . . ;
. . . . . . ;
. . . . . ;
AA A AB B AC C
B Ba a Bb b Bc c BA A BB B BC C
C Ca a Cb b Cc c CA A CB
A
B B
C CB CC C
pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pL i
u pL i pL i pL i pL i pL i pLR i i
i
R i
+ + +
= + + + + + +
= + + + + + +
Coi các dây quấn động cơ là đối xứng và khe hở không khí giữa roto và stato là đều
thì:

1 1
; ;
; ;
; ;
a b c s A B C r

Bc
= L
cA
= L
Ca
= M.cos( +2/3)
L
Ab
= L
aB
= L
Bc
= L
bC
= L
Ca
= L
aC
= M.cos( -2/3)
Đặt các vector nh sau:

; ; ; ; ; ;
a A a A a A
s b r B s b r B s b r B
c C c C c C
s
s s s
r
r r r
u u i i


0 0
; ; ; 0 0 ;
0 0
s
s s s
s s
r r r
s
R
u i
u i R R
u i
R






= = = =



Do đó:
.
d

R R
L M M L M M
L M L M L M L M
M M L M M L
L








= =






= =




+
= +
+
2
) cos( ) cos( )

=


Phơng trình điện áp:

( )
.
( )
s s m
s s
t
r r
m r r
d d
R L L
u i
dt dt
d d
u i
L R L
dt dt



+



, khả năng quá tải về mômen đợc quy
định bằng hệ số quá tải mômen:

th
M
M
M

=
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn stato R
s
= 0 thì ta có thể tính đợc mômen
tới hạn nh sau:

2 2 2 2
2
2 2 2 2
0
0 0
1
( )
( )
2
s m r m s s
s
s r
U L R L U U
M K
F s
L L

M

=
Đặc tính cơ gần đúng của máy sản xuất đợc viết nh sau:

0
0
( )
x
c dm
dm
M M


=
Đối với máy mài thì x=-1; Khi truyền động ổn định thì:
21

1 / 2 1 / 2 1 1/ 2
0 0 0 0
( ) ( ) ( )
x x
s
sdm odm sdm sdm sdm
U f f f
U f f f


+ +
= = = =

r
L
m
M
R
r
L
r
T
r
s
F
i
s
T
r
L
m
I
s
rdm
2
)(
2
2
1
.
2
2
3

K


= =
Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ:
s
s
s
s
I
I
MM
M


+


=


,tại (M
1
,
s1
,I
1
)

r

I
R
L
M
r
s
rs
s
r
m
s
=
+

=


22
2
1
22
1
1
2
2
)1(
1
.
2
3

3


23
Trong cấu trúc trên đã bỏ qua quá trình điện từ của máy điện trừ mạch vòng dòng
điện. Trong sơ đồ tuyến tính hoá các hằng số A (
s1
,I
s1
), B(
s1
,I
s1
) lại thay đổi tuỳ theo
điểm làm việc ban đầu đợc chọn . Vì vậy để tăng độ chính xác thì bộ điều chỉnh cần có
cấu trúc và tham số thích nghi để điều khiển chế độ thích nghi có thể dùng tín hiệu tốc
độ hoặc mômen động cơ

Cấu trúc điều khiển từ thông khi bỏ qua hằng số thời gian điện từ
b.Tính toán các thông số:
Khâu khuyếch đại K
f
:

sdm
F
sdm
I
K



9,5
0,91
10,47
F
K = =

24
Khâu:

/
1
b
si
K R
F
pT
=
+
Trong đó : T là hằng số thời gian động cơ và bộ lọc.
K
b
= K
cl
.K
nl67,46
10

s
X
L H
f



= = =
L
f
= 3,35.10
-3
H

3 3 3
2 3,35.10 2.5,31.10 13,97.10 ( )
f s
L L L H

= + = + =
R
f
= 0
R = 2R
s
= 2.4,33 = 8,66()
s
R
L
T

1
.
2
3
r
dm
rsdm
sdm
r
m
T
T
I
R
L
A


+

=

s
Rf
X
R
L
T
r
r

622
2
2
)10.6,2.47,101(
10.6,2.47,101
.5,9.
958,2
357,0
.
2
3
A
5,82

25