đồ án môn học
tổng hợp hệ điện cơ
Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho bàn máy bào giờng.
Với thông số kĩ thuật:
- Tốc độ hành trình thuận (V
th
)
- Tốc độ hành trình ngợc (V
ng
)
- Bán kính qui đổi lực cắt về trục động cơ điện(

/v=
)
- Hiệu suất định mức của cơ cấu(

)
- Hệ số ma sát trợt giữa bàn và gờ trợt(
à
)
- Chiều dài hành trình bàn(L
b
)
- Khối lợng bàn m
b
- Lực cắt(F
z
)
- Khối lợng chi tiết m
ct

k
> 70 KN
Truyền động chính của máy bào là truyền động tịnh tiến qua lại của bàn
máy. Trong quá trình làm việc bàn máy di chuyển qua lại theo chu kỳ. Mỗi chu
kỳ gồm hai hành trình thuận và ngợc. Hành trình ngợc bàn máy chạy về vị trí
ban đầu không cắt gọt nên gọi là hành trình không tải. Cứ sau khi kết thúc hành
trình ngợc thì bàn dao lại di chuyển theo chiều ngang một khoảng gọi là lợng ăn
dao. Truyền động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao, nâng đầu dao trong
một hành trình không tải.


2

1.1.2 nguyên lý hoạt động của máy bào giờng
Hoạt động của nó nh sau:
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và đợc tăng tốc đến tốc độ
v
o
= 5 ữ 15 m/p (tốc độ vào dao) trong khoảng thời gian t
1
. Sau khi chạy ổn định
với tốc độ v
o
trong khoảng thời gian t
2
thì dao cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi
tiết với tốc độ thấp để tránh làm sứt chi tiết). Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ
ổn định v
o
cho hết thời gian t

ng
=k. v
th
=(2 ữ 3)v
th
Năng suất của máy phụ thuộc vào số hành trình kép trong một đơn vị thời
gian :
n=l /T
ck
=l /(t
th
+t
ng
) ;
T
ck
: thời gian của một chu kì làm việc của bàn máy.
t
th
,t
ng
:Thời gian bàn máy chuyển động ở hành trình thuận và ngợc
L :Chiều dài hành trình của bàn máy.=n
dcngdcngth
tvLktvLvL +ì+
=
++ /)1(

là k . Khi L
b
nhỏ v
th
lớn v
th
= 75 ữ 120 m/p thì t
dc
ảnh hởng nhiều đến năng suất.
Do vậy một trong những điều chú ý khi thiết kế truyền động chính của
máy bào giờng là phấn đấu giảm thời gian quá độ. Một trong những biện pháp
đó là xác định tỉ số truyền tối u của cơ cấu truyền động của động cơ đến trục
làm việc,đảm bảo máy khởi động với gia tốc cao nhất.
Xuất phát từ phơng trình chuyển động trên trục làm việc:
dt
d
JiJMMi
m
mDc

) (
2
+=
Ta có gia tốc của trục làm việc:
mD
c
JiI
MiM
dt
d

Nếu coi M
c
= 0 thì:
I
tu
=
Jd
Jm
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá đợc vì bị hạn
chế bởi: -Lực động phát sinh trong hệ thống
-Thời gian quá trình quá độ phải đủ lớn để di chuyển đầu dao.
1.2. yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giờng
1.2.1. Truyền động chính
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất
(tốc độ lớn nhất trong hành trình ngợc) và tốc độ nhỏ nhất của bàn máy (tốc độ
thấp nhất trong hành trình thuận).
D = v
max
/v
min
= v
ngmax
/v
thmin
4

Trong chế độ xác lập , độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải
thay đổi từ không định mức đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động , hãm yêu cầu xảy ra êm , tránh va chạm trong
bộ truyền với tác động cực đại.

Hệ thống truyền động này thờng dùng cho máy cỡ trung bình
L
b
= 3 ữ 5m,F
k
= 50 ữ 70 KN.Dải điều chỉnh D= ( 6 ữ 8)/1.
Ưu điểm : Hệ thống này không có phần tử phi tuyến nên có đặc tính tốt ,
linh hoạt khi chuyển trạng thái , khả năng quá tải lớn.
Điều chỉnh động cơ đợc cả hai phía : Điều chỉnh dòng kích từ máy phát F
và dòng kích từ động cơ Đ.
Có thể thực hiện đợc các chế độ làm việc : Động cơ , hãm tái sinh , hãm
động năng và hãm ngợc.
Nhợc điểm :
- Dùng nhiều động cơ nên tốn kém chi phí lắp đặt,gây tiếng ồn
- Máy phát một chiều có từ d nên đặc tính từ hoá có trễ khó điều chỉnh sâu
tốc độ.
2.1.2: Hệ chỉnh lu Thyristor - Động cơ điện một chiều.
Do chỉnh lu Thyristor chỉ dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc
khi mở và khóa theo điện áp lới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều
khó khăn. Cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển hệ truyền động T - Đ đảo
chiều quay có yêu cầu an toàn cao và có điều khiển logic chặt chẽ.
- Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều quay.
+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
+ Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
a) Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng, đảo chiều quay bằng
đảo chiều dòng kích từ.
!"&"'&"()
7
Đ


quá trinh đảo chiều cần có thời gian chết ( nhỏ nhất là vài ms) để cho các van
của bộ này ngừng hoạt động kịp phục hồi tính chất khóa rồi mới bắt đầu phát
xung điều khiển cho bộ kia hoạt động. Vì vậy cần một khối logic đảo chiều tin
cậy và phức tạp.
Truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển chung (hình 2 4).
9

Tại một thời điểm cả hai bộ điều khiển đều nhận đợc xung mở nhng luôn ở
chế độ khác nhau. Một mạch ở chế độ chỉnh lu, mạch còn lại làm việc ở chế độ
nghịch lu.
2. 1. 4 Nhận xét.
+ Ưu điểm: dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công
suất rất cao, điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh tự
động nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
+ Nhợc điểm chủ yếu của hệ T- Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến,
dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy
điện và ở các hệ truyền động có công suất lớn còn là xấu điện áp của nguồn và
lới xoay chiều. Hệ số cos của hệ nói chung là thấp.
2.2. Hệ truyền động: Bộ biến đổi - Động cơ điện xoay chiều
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ ba pha . Loại động cơ
này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp . Sự phát trển của công nghệ chế tạo
bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ ba pha
mới đợc khai thác hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh
tranh có hiệu quả với hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - Động cơ.
2.3. Tính chọn động cơ truyền động chính
2.3.1. Phụ tải truyền động chính
Phụ tải truyền động chính đợc xác định bởi lực kéo tổng. Nó là 2 thành
phần lực cắt và lực ma sát:
F
K

: khối lợngbàn
ct
m
: khối lợng chi tiết
Ta có: F
ms
=0,08[0,4.35000+9,8(800+900)] = 2452,8N
Do đó: F
kth
=F
ms
+F
z
= 2453+35000 =37453N.
10

b. Chế độ không tải
Khi làm việc không tải, F
y
=F
z
= 0
Do đó F
kng
=F
ms
=0,08.9,8(800+900) = 1333N.
2.3.2. Tính chọn động cơ.
Công suất đầu trục động cơ khi cắt:
7,25

Do đó phải chọn động cơ có P
đm
>P
ttmax
=
4,51
35
70
.7,25 ==
th
ng
th
V
V
P
(kw)
Mặt khác, hệ thống phơng án truyền động đă chọn là hệ truyền động động
cơ một chiều dùng phơng pháp chỉnh lu. Đồng thời, trong thực tế, để động cơ
làm việc an toàn, ngời ta phải dự trữ một hệ số an toàn cho động cơ .
K
at
= 1,05 đến 1,1
ở đây ta chọn hệ số an toàn là: K
at
= 1,05
Do đó: P
ttđc
= 1,05.P
đc
=1,05.51,4=54(kw)

cks
= 950
w
ckn
lµ sè vßng d©y mét cùc cña cuén song song
 φ=39.1 mVb
φ lµ tõ th«ng h÷u Ých cña mét cùc
 n
max
=1500vßng/phót
n
max
lµ tèc ®é quay cùc ®¹i cho phÐp
 J =10,3 kgm
2

J lµ m«men qu¸n tÝnh cña phÇn øng
 p =2 (p sè ®«i cùc)
Chơng 3: tính chọn mạch lực
3.1. Tính chọn bộ biến đổi
Do công suất của động cơ lớn (>30kW) do đó ta phải dùng chỉnh lu cầu 3
pha
Ngời ta điều chỉnh điện áp trung bình của tải bằng cách điều chỉnh góc mở

của các thyristor.
Xét sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 Thyristor chia thành 2 nhóm:
Nhóm catot chung: T
1
, T
3


)
3
c
=
2
U
2
sin(

-
3
4

)
u
d
i
d
Va
Vb
Vc
T1
T3
T4
T6
T2
T5
Tai
*456789:-*#

1
làm cho T
5
bị khóa lại một cách tự nhiên vì 3
a
>3
c
. Lúc này T
6
và
T
1
cho dòng chảy qua. Điện áp trên tải:

4
=

= 3
a
-3
b
Khi

=

2
=
6
3


Các xung điều khiển lệch nhau /3 đợc lần lợt đa đến cực điều khiển của
các Thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, Trong mỗi nhóm, khi một Thyristor
mở nó sẽ khóa ngay tiristor dẫn dòng trớc nó:
Thời điểm

1
=
6

+

mở T
1
khóa T
5

Thời điểm

2
=
6
3

+

mở T
2
khóa T
6
Thời điểm

9

+

mở T
5
khóa T
3
Thời điểm

6
=
6
11

+

mở T
6
khóa T
4
Giá trị trung bình của điện áp tải:
U
d
=

+
+



(theo TL-1)
Giá trị hiệu dụng dòng sơ cấp máy biến áp:
I
1
=
m
I
2
=
3
2
m
I
d
(theo TL-1)
Công suất tính toán máy biến áp:
S =
2
21
SS +
(theo TL-1)
với S
1
= 3.U
1
.I
1
= 1,047.P
d
S

điều kiện toả nhiệt, điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van đợc tính đến
nh sau
$#@9AB!6!#&
u
d
nvnvn
K
U
KUKU .
2max
==

Do chọn sơ đồ chỉnh lu cần 3 fa điều khiển đối xứng nên

45,26,
63
===
nvnu
KK


)(3,230220.
3
63
220
.
6
max
vU
n

van cần chọn :
tbidm
IkI .=
dti
K
- hệ số dự trữ dòng điện, chọn
2,3=
dti
K
).(1,3053,95.2,3 AI
dmv
==
Từ các thông số
dmvnv
IU ,

)(5,414 VU
nv
=
).(306 AI
dmv
=

chọn tiristor loại TF44006X cho bộ biến đổi .
Ký hiệu U
đm

(V)
I
đm

v
D
D
(V/
s)
T
Max
(C)
TF440-
06X
600 400 4000 200 3,0 70 25 2,0 200
15à
125
Trong đó
U
đm
- Điện áp ngợc cực đại của van
I
đm
- Dòng điện định mức của van
I
pik
- Đỉnh xung dòng điện
I
g
- Dòng điện xung điều khiển
U
g
- Điện áp xung điều khiển
I

Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải
U
do
cos
min
=U
d
+2
v
U
+
badn
U +


min
=10
0
là góc dự trữ khi có suy giảm diện áp lới


U
v
=2(V):sụt áp trên van


U
dn
=0: sụt áp trên dây nối


=

Điện áp pha thứ cấp MBA
u
d
K
U
U
0
2
=

K
u
- hÖ sè ®iÖn ¸p cña s¬ ®å
)(103
/63
9,240
2
VU ==
π
N)6B&
P
dmax
=U
d0
.I
d
=240,9.286=68898(w)
N)6BO#@P

2
)(234286.
3
2
2
AI ==→
-CD$$4Q6 B#EFG
4,63234.
380
103

2
1
2
21
==== I
U
U
IKI
ba
(A).
3.3.2. Tính toán sơ bộ mạch từ (xác định kích thớc bản mạch từ)
RO4$6 !Q
Q
Fe
=k
q
fm
S
ba

T
=1(T)
Chọn tỷ số m=h/d=2,3 Suy ra h=2,3d=2,3 . 12 =28 (cm)
Vậy chọn chiều cao trụ 28 (cm)
3.3.3. Tính toán dây quấn
3D4ST#6 B#EFG
W
1
=
7,132
1.10.129.50.44,4
380
.44,4
4
1
==

Tfe
BQf
U
(vòng)


Lấy W
1
= 133 vòng
3D4ST#.B#EFG
W
2=
36133.

==
Chọn dây dẫn tiết diện chữ nhật, cách điện cấp B, chuẩn hoá tiết diện theo
tiêu chuẩn:S
1
=24,2(mm
2
).
Kích thớc dây có kể cách điện : S
1cd
=a
1
.b
1
=3,24.7,47(mm.mm)
Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp
J
1
=
)/(6,2
4,24
4,63
2
2
1
mmA
S
I
==
- Tiết diện dây dẫn thứ cấp MBA.


234
2
2
2
2
mmA
S
I
J ===
3.3.4. Kết cấu dây quấn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trụ
RP6 63D4S!V9A#6 B#

e
g
k
b
hh
W .
2
1
11

=
Trong đó
h- Chiều cao trụ, chọn chiều cao trụ=25cm
h
g
- Khoảng cách từ gồng đến cuộn dây sơ cấp, chọn sơ bộ
h

=4 (lớp). Nh vậy chia thành 3 (lớp) mỗi lớp có 33 (vòng)
N"XO6 B#
)(3,18
95,0
47.0.41
.
11
1
cm
k
bW
h
e
===
Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày:
S
01
=0,1cm
Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp:
a
01
=1,0cm
Đờng kính trong của ống cách điện :
D
t
= d
fe
+2a
01
-2.s

+2.B
d1
= 12 + 2.0,464=12,93(cm)
Đờng kính trung bình của cuộn sơ cấp
)(5,12
2
93,1212
2
111
1
cm
DD
D
n
tb
=
+
=
+
=
Chiềudài dây quấn sơ cấp
l
1
=W
1
.

.D
tb
= 133.

36
22
2
12
===
W
W
n
(lớp)
Chọn số dây quấn thứ cấp n
12
= 2 (lớp). Chọn 1 lớp đầu có số vòng 26 vòng, còn
lớp thứ 2 có 10 (vòng)
Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp
)(9,18
95,0
69,0.26
.
2
2
cm
k
bW
h
e
lc
===
Đờng kính trong của cuộn thứ cấp
D
t2

2
22
2
cm
DD
D
nt
tb
=
+
=
+
=
Chiều dài dây quấn thứ cấp ;
l
2
=

.W
2
.D
tb2
=

.36.15,3= 1730(cm) = 17,3(m)
3.3.6. Tính các thông số của máy biến áp
- Điện trở trong của cuộn sơ cấp MBA ở 75
0
C
)05,0

mm
m
S
l
R

(

)
- Điện trở của máy biến áp quy đổi về thứ cấp
)(01,0)
133
36
.(05,0004,0).(
22
1
2
12
=+=+=
W
W
RRR
ba
- Sụt áp trên điện trở biến áp
)(86,2286.01,0. VIRU
dbar
===
- Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp
7
21

+


- Điện cảm MBA quy đổi về thứ cấp
3
10.01,0
314
03,0

===

ba
ba
X
L
[H] = 0,01[mH]
- Sụt áp trên điện kháng MBA
==
dbax
IXU
3

)(2,8286.03,0.
.
3
V=

)(028,003,0.
3
.


=
thì điện áp trên tải sẽ nhỏ nhất

max0min
cos

dd
UU =
tơng ứng với tốc độ động cơ là nhỏ nhất n
min

)arccos(cos
0
min
max
min
max
d
d
do
d
U
U
U
U
==

Trong đó U
dmin

RIU
D
uudmddm
d
uudmd
uudmddm
)1(
min
min
+
=


=



R

= R
ba
+R
dt
= 0,01 + 0,028 = 0,04()
Thay số ta có
)(34
10
)110(04,0.28610cos103.34,2
)1(cos34,2
0

3.4.2 Xác định điện cảm cuộn kháng lọc
Ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần sóng hài bậc cao
càng lớn ,có nghĩa là đập mạch của điện áp ,dòng điện càng tăng lên. Sự đập
mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp ,đồng thời gây ra tổn hao
phụ dới dạng nhiệt trong động cơ .Để hạn chế sự đập mạch này ta phải mắc nối
tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để I
m


0,1.I
đm
.
Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao ,cuộn kháng lọc còn
có tác dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn .
Điện kháng lọc còn đợc tính khi góc mở =
max
Ta có
U
d
+u
~
= E+R
u

.I
d
+ R
u

.i

~
1
=
)6(
2.
1
1


+N6
Z[
H

= I
m
.Cos(6+
1
)