Thiết kế tốt nghiệp
Nhiệm vụ
Thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên:
Khoá : Ngành học : Thiết bị điện - điện tử
I. Đầu đề thiết kế tốt nghiệp:
Thiết kế hệ thống truyền động Thyriotor
Động cơ một chiều cho máy doa ngang 2620, truyền động ăn dao
II. Các số liệu ban đầu:
Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: U
đm
= 220
v
, P
đm
= 2,7 Kw, d
đm
= 1500
V
/ph,
P
O

= 4% P
đm
,
đm
= 0,86.
Lới đơn xoay chiều 220/380
V
- 50Hz

Phần 1: Khái quát máy doa ngang - truyền động ăn dao
Phần 2: Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập
Phần 3: Khái quát các phơng pháp chỉnh lu dùng Thyistor
Phần 4: Lựa chọn và tính toán mạch động lực.
Phần 5: Thiết kế mạch điều khiển chỉnh lu Thyristor vòng hở.
Phần 6: Thiết kế mạch điều khiển Thyristor theo phơng pháp 02 mạch vòng tối
u Module.
Em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn Cao
Văn Thành.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã hớng dẫn em tận tình.
Do thời gian và trình độ của bản thân em có hạn. Mặc dù đã cố gắng nhng đồ
án của em còn có điểm thiếu sót, em rất mong đợc sự chỉ bảo các thầy cô để đồ án
của em đợc hoàn thiện hơn.
Phần I: Khái quát máy doa ngang 2620,
- 2 - Thiết bị điện điện tử
Thiết kế tốt nghiệp
truyền động ăn dao
I. Khái niệm
Máy cắt kim loại đợc dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt
các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công chi tiết có hình dáng với độ chính xác
nhất định về kích thớc và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công
Máy doa ngang là 1 phần loại máy cơ bản của máy cắt gọt kim loại.
II. Máy doa ngang
Máy doa ngang dùng để gia công với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan
lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công trên máy doa sẽ đạt độ chính
xác và độ bóng cao.
Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình
dạng của máy đợc mô tả nh sau:
Trên bệ máy 1 đặt trụ trớc 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá
đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch

tác động lên bản thân hệ thống truyền động điện để thay đổi tốc độ quay của trục
động điện.
Khi thay đổi tốc độ quay của tải và gián tiếp thay đổi qua các tốc độ quay
động cơ, ngời ta xây dựng nên đặc tính = f (M) gọi là đặc tính cơ.
II. -
Phơng trình đặc tính động cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập:
Từ sơ đồ này ta có phơng trình cân bằng
điện áp của mạch phần ứng:
U = E + RI (1-1)
U : Điện áp phần ứng (V)
E : Sức điện động phần ứng (V) Hình 1
R : Điện trở của mạch phần ứng ()
Sức điện động E đợc xác định bởi biểu thức :


== K
a
pN
E
u
2
(1-2)
Trong đó:
P: Số đôi cực
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a : Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
: Từ thông kích từ dới 1 cực từ (Wb)
: Tốc độ góc (rad/s)
a
pN

K (K)
2

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ
U R
K (K)
2
Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Đồ thị của phơng trình (1-6)
- Cắt trục hoành tại
U
R
- Cắt trục tung tại
U
K Hình 2
- Độ dốc của đờng đặc tính:
R M
(K)
2

O
: Tốc độ không tải lý tởng
: Độ sụt tốc
- 6 - Thiết bị điện điện tử
I =
= - (1-5)
= - M (1-6)
M
nm
= K

Trong đó:
i + 1
: Giá trị tốc độ ổn định đạt đợc ở cấp kế tiếp (i+1)

i
: Giá trị tốc độ ổn định đạt đợc ơ cấp i
* Dải điều chỉnh tốc độ: Là tỉ số giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ
làm việc ứng với momen tải đã cho:
max

min
Dải điều chỉnh căn cứ vào M
đm
và M
nm
Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu
khác nh chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và
đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến
Hình 3
- 7 - Thiết bị điện điện tử
s% = 100%
=
D =

TN
M
đm
M
nm
=(1,5-2)M

đm

Phơng pháp này
O
không đổi, đợc thay đổi liên tục.
Phơng pháp này thay đổi điện trở gián đoạn theo từng cấp đặc tính và tốc
độ nhảy cấp.
* Ưu, nhợc điểm:
Ta thấy: Công suất nhận từ lới UI
đc
= M

+ (R + R
f
)I
2
đc
= M

+ RI
2
đc
+P
f
- Khi thấy R
f
càng tăng R
f
tăng tổn hao điện trở phụ lơn tính kinh tế
không cao

* Điều khiển động cơ bằng cách thay đổi từ thông mạch kích từ động cơ:
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch từ cũng chính là điều khiển từ thông của
động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ
M = K.I
Và sức điện động quay của động cơ: E = K
: Chỉ thay đổi bằng cách giảm từ thông, giảm bằng cách thêm điện trở.
Hiện nay cuộn dây kích từ đợc cấp
Bởi một điện áp nguồn ngoài khi cần thay
đổi ta thay đổi dòng kích từ I
KT
tỉ lệ với
e
k
d

r
b
+ r
k
dt
Trong đó:
r
b
: Điện trở dây quấn kích thích
r
b
: Điện trở nguồn điện áp kích thích. Hình 6

k
: Số vòng dây quấn của dòng kích thích.

r
k
W
k
r
bk
I
k
Thiết kế tốt nghiệp
K
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ
Thông nên đối với các động cơ mà từ thông định
mức năm ở chỗ tiếp giáp vòng tuyến tính bão
hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều
chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào
thông số kết cầu của máy điện
k
kb
k
C
rr
C
iC

+
==
.
Hình 8
* Đánh giá:
- Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ữ 3)

I
kk
BBĐ
Đ
LK
U
đk
E
b
(U
đk
) U E
|
R
b
R
|đ



= hay
*

= (
*
)
2
kết quả ta có điện tích cảm ứng
Thiết kế tốt nghiệp
E

M
đm

Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải tần điều chỉnh
phải có momen ngắn mạch là:
M
nmin
= M
c max
= K
M
.M
đm
Trong đó K
M
là hệ số quá tải về moomen
Vì đặc tính là những đờng song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng điều
khiển có thể viết
1 M
đm

M
đm

Omax
.
M
đm
(K
M

- 1 )

Omax
- - 1
D = =


Omax

max

Omin

min

đk1

đk i
M,I
M
đm
M
nmmin
Thiết kế tốt nghiệp
Hình 10
Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn bộ
dải điều chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt dốc tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc
tính thấp nhất của các dải điều chỉnh. Hay nói cách khác nếu tại đặc tính cơ thấp
nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vợt quá giá trị sai số cho phép thì hệ
truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép.

đm
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và momen năm trong HCN bao bởi các đờng thẳng
=
đm
, M=M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lợng là tổn hao trong mạch phản
ứng, nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E + I ( R
b
+ R
đ
)
IE
b
= I E + I
2
( R
b
+ R
đ
)
Nếu đặt R
b
+ R
đ
= R thì hệ số biến đổi năng lợng của hệ sẽ là:
I E

Phần III - Khái quát các phơng pháp chỉnh lu dùng Thyristor
- 13 - Thiết bị điện điện tử
U
1
U
2
R L
T
Thiết kế tốt nghiệp
I. Chỉnh lu nửa chu kỳ
1/ Sơ đồ mạch điện
2/ Nguyên lý: Khi đặt vào cuộn sơ cấp một điện áp
xoay chiều U
1
= U
1m
sint thì thứ cấp biến áp cảm ứng
một điện áp xoay chiều U
2
= U
2m
sint. Tại nửa chu kỳ Hình 12
đầu A có điện thế (+) hơn đầu B, ta có điện áp thuận (+) đặt trên Anode và điện thế
(-) đặt vào Katode của Thyristor. Nếu ta cấp xung điều khiển tại góc mở nào đó
thì Thyristor sẽ dẫn dòng điện qua tải. ở nửa chu kỳ sau A(-) và B(+), lúc này có
điện thế ngợc đặt trên Thyristor, lúc này Thyristor chuyển từ trạng thái mở sang
trạng thái khóa, nửa chủ kỳ tiếp theo khi A(+) và B(-), lại có xung điểu khiển cho
Thyristor , Thyristor lại dẫn tuần tự nh trên, ở sơ đồ này có điện áp đập mạnh.
3/ Đồ thị điện áp sẽ có dạng nh sau:
Hình 13

(V)
Hệ số sử dụng biến áp: S
ba
= 3,09.U
d
i
d
Nhận xét: Đây là loại chỉnh lu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản, tuy
vậy các chất lợng điện áp kỹ thuật nh chất lợng điện áp 1 chiều, hiệu suất sử dụng
biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lu này ít đợc ứng dụng trong thực tế.
- 14 - Thiết bị điện điện tử
U

1

2
t
2 3 4
Thiết kế tốt nghiệp
II. Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp có trung tính
1/ Sơ đồ mạch điện
2/ Nguyên lý:
Tại nửa chu kỳ đầu: Khi A(+), B(-) ta cấp
xung điều khiển cho T1 có dòng tải đi từ A qua T1
đến E qua L,R về F.
Nửa chu kỳ sau: Khi A(-), B(+) ta cấp xung
điều khiển cho T2 có dòng tải đi từ B qua T2 , đến E
qua L, R về F. Hình 14
Nh vậy có dòng qua tải trong 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều
3/ Đồ thị

1
B T2
A T1
F R L E
U
2
U
2
0
t1 t2 t3
Ud Id
I1
I2
t
t
t
t
0
t1 t2 t3
Ud
Id
I1
I2
t
t
t
t
b. Tải R-La: Tải R
p1 p2 p3
UT1 UT1

và W
2
giống nhau.
III. Chỉnh lu cầu 1 pha
1/ Sơ đồ mạch lực
2/ Nguyên lý hoạt động
Tại nửa chu kỳ đầu, điện áp Anốt của T1 (+),
lúc đó Katốt D1 âm (-), nếu có xung điều khiển cho
van T1, đồng thời thì các van này sẽ đợc mở Hình 16
thông để dẫn điện áp lới lên tải, điện áp tải 1 chiều còn bằng điện áp xoay chiều
chừng nào các Thyristor còn dẫn
Nửa chu kỳ sau: Điện áp đổi dấu, Anốt của D2(+), lúc này Katốt T2(-), nếu
có xung điểu khiển cho van T2, đồng thời thì các van này mở thông, dẫn điện áp lới
lên tải.
Với sơ đồ này ta nhận đợc điện áp và dòng trên tải và van ở dạng sau:
3/ Đồ thị:
- 16 - Thiết bị điện điện tử
T2 T1
D1 D2
R L
d
0
t1 t2 t3
Ud
Id
IT1
IT2
ID1
ID2
t

do
= 0,9 U
2
- Điện áp ngợc mà van phải chịu
U
nv
= 2 2 U
2
(V)
- Mỗi van dẫn thông 1/2 chu kỳ do đó:
dv
II
2
1
=

- Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,48 I
d
.U
d
= I
d
.U
d
III. Sơ đồ chỉnh lu điện áp 3 pha
1. Sơ đồ mạch điện.
- 17 - Thiết bị điện điện tử

. cos Với U
do
= 1,17 U
21
U
21
: Điện áp pha thứ cấp biến áp
- Điện áp ngợc pha van phải chịu:
U
NV
= 6 U
21
- Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp:
- 18 - Thiết bị điện điện tử
Ud
Id
UT1
t1 t2 t3 t4
I1
I2
I3
t
t
t
t
t
0
Hình 19
Thiết kế tốt nghiệp
I

pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm
cần mở Thyristor chúng ta cần cấp 2 xung
điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm
Anốt <+>,một xung ở nhóm Katốt <->).
Nhóm Anốt gồm 3 Thyristor T1, T3, T5
tạo thành nhóm chỉnh lu biến áp 3 pha cho
điện áp (+).
Nhóm Katốt gồm Thyristor T2, T4, T5
Tạo thành nhóm chỉnh lu biến áp 3 pha cho
điện áp (-). Hình 20
Hai nhóm này ghép lại thành cầu 3 pha điều khiển đối xứng
Ví dụ: Tại thời điểm T1 cần mở T1 của pha A phía Anốt, ta cấp xung điểu
khiển X1 đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho T4 của pha B phía Katốt.
Các thời điểm tiếp theo cũng tơng tự. Thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuần tự
theo đúng thứ tự pha.
X anốt X Katốt

1
T1 T4
- 19 - Thiết bị điện điện tử
A B C
T2 a b c T1
T4 T3
T6 T5
F R L E
Khi cần xung điều khiển, sẽ có
dòng 1 chiều chạy từ pha có điện áp (+)
hơn về pha có điện áp thấp hơn. Khi
góc mở van nhỏ hoặc tại điện cảm lớn,
trong mỗi khoảng dẫn của 1 van ở

α
5
T5 T2
α
2
T6 T1
3. §å thÞ ®iÖn ¸p vµ xung ®iÒu khiÓn
H×nh 21
- §iÖn ¸p t¶i trung b×nh khi dßng ®iÖn liªn tôc qua t¶i
U
d
= U
do
. cosα Víi U
do
= 2,34 U
2
- 20 - ThiÕt bÞ ®iÖn ®iÖn tö
Thiết kế tốt nghiệp
- Điện áp ngợc pha van phải chịu:
U
NV
= 6 U
2f
Với U
2f
= U

d
* Các sơ đồ chỉnh lu ở trên dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc
khi mở, còn khoá theo điện áp lới cho nên truyền động ran đảo chiều khó khăn và
phức tạp. Cấu trúc mạch lực cũng nh cấu trúc mạch điều khiển có yêu cầu an toàn
cao và logic điều khiển chặt chẽ.
VI. Truyền động Tiristo - động cơ 1 chiều có đảo chiều quay.
Có 2 nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động đảo chiều.
- Giữ nguyên chiều dòng điện phản ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
- Giữ nguyên chiều dòng kích từ và đảo chiều dòng phần ứng. Trong thực tế các sơ
đồ đảo chiều đều thực hiện theo 1 trong 2 nguyên tắc trên và phân ra 5 loại sơ đồ
chính:
a. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo
chiều dòng kích từ.
- 21 - Thiết bị điện điện tử
U
s
L
KT
Thiết kế tốt nghiệp
b. Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công
tắc chuyển mạch ở phần ứng (giữ từ thông không đổi)
c. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.
d. truyền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngợc điều khiển chung
- 22 - Thiết bị điện điện tử
U
t
n
n
t
~

1
A B C
U
1

1
I
UI
SI
1
SI
2
b
1
b
2
U
2

2
Thiết kế tốt nghiệp
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển có thể chia làm 2 loại chính điều khiển
riêng và điều khiển chung
* Truyền động đảo chiều điều khiển riêng
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ
phát xung điều khiển vào 1 bộ biến đổi còn bộ kia bị khoá do không có xung điều
khiển
Hệ có 2 bộ biến đổi là BĐ
1
và BĐ

1
tăng đột biến đến
lớn Rơn /2, dòng phần ứng giảm dần về 0. Lúc này cắt xung điều khiển để khoá
BĐ
1
, thời điểm t
2
đợc xác định bởi cảm biến dòng điện không SI
1
. Trong khoảng
thời gian trên t = t
3
t
2
BĐ
1
bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại
t
3
, đông cơ I vẫn còn dơng, tín hiệu logic b
2
tính cho FX
2
mở ĐB
2
với góc
2
> /2
và sao cho dòng phần ứng không vợt quá giá trị cho phép, động cơ đợc tái sinh, nếu
nhịp điệu giảm

b
1
1
1
1
t
0
1
b
2
Trên sơ đồ của khối logic LOG, i
Ld
, i
1L
, i
2L
là các tín hiệu logic đầu vào; b
1
, b
2
là các
tín hiệu logic đầu ra để khoá các bộ phát xung điều khiển
i
Lđ
= 1 phát xung điều khiển mở BĐ
1
L
iđ
= 0 phát xung điều khiển mở BĐ
2