Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Lời nói đầu
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử. Ngành
điện khí hoá xí nghiệp cũng phát triển cả bề rộng và chiều sâu, nó xâm nhập
vào hầu hết các ngành công nghiệp của nên kinh tế quốc dân, nó đã thay thế
yếu tốc con người ở những khu vực nguy hiểm, làm tăng năng suất lao động,
dẫn đến hạ giá thành sản phẩm và càng ngày ngành trang bị và tự động hoá
cho các máy sản xuất càng phát triển với những thiết bị mới hiện đại hơn .
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu dùng điện càng cao đòi hỏi sự tự động
hoá và trang bị điện ngày càng khắt khe. Trong nền kinh tế thị trường thì năng
suất và chất lượng sản phẩm là yếu tố quyết định sự sống còn của doanh
nghiệp mà điều đó lại phụ thuộc vào hệ thống trang bị điện của cơ sở sản xất
của các máy công nghiệp. Do đó việc trang bị một hệ thống tự động hoá
truyền động điện hợp lý cho một máy sản xất là vấn đề quan trọng hàng đầu
của bất cứ một ngành sản xuất nào.
Để đáp ứng nhu cầu tất yếu của xã hội, nhà nước ta đã đào tạo hàng ngũ
cán bộ kỹ thuật lành nghề, bản thân em sau khi đã học tập tại trường kết thúc
khoá học em được giao đề tài :
“ Thiết kế hệ thống trang bị điện – tự động hoá cho hệ thống truyền động
quay chi tiết máy mài ” :
Trên tinh thần làm việc nghiêm túc, với những lỗ lực cao của bản thân,
nội dung của bản đồ án được xây dựng trên cơ sở những tính toán khoa học
có tính thuyết phục cao. Bản đồ án được trình bày một cách logic, gọn nhằm
giúp cho người đọc dễ hiểu, các số liệu được lấy từ những tài liệu có uy tín.
Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng
kiến thức lớn nên bản đồ án không khỏi còn những khiếm khuyết. Em mong
nhận được sự góp xây dựng của các thầy cũng  bè bạn để bản đồ án được
hoàn thiện hơn.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
1

Mài có thể gia công những chi tiết nặng khoảng 125 tấn, lượng dịch
khoảng 6mm trên máy có công suất 250KW, mỗi giờ có thể cắt gọt 250÷300
Kg kim loại ở tốc độ cao từ 60÷ 80m/s và độ quay chi tiết lớn 360m/s do đó
năng suất máy mài khá cao. Mài có thể đạt được độ bóng bề mặt từ ∇7 ÷ ∇13 với
cấp chính xác từ 1 ÷ 2
* Đặc điểm:
So với một số phương pháp gia công kim loại khác gia công mài có
những đặc điểm sau:
Tốc độ cắt khi mài lớn nhưng số lượng phôi cắt ra lại bé. Đá mài là dụng
cụ để cắt gọt được coi là vô số lưỡi dao, đó là các hạt mài liên kết với nhau
bởi chất kết dính.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
3
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Tốc độ mài và góc cắt rất lớn, do đó cần phải có dung dịch làm mát để
khỏi gây biến dạng tinh thể của nguyên công chi tiết.
Dụng cụ cắt mài có lưỡi cắt không liên tục do không đIều chỉnh được vị
trí, hình dạng của các loại hạt mài trong đá nên điều chỉnh quá trình mài là rất
khó khăn.
Quá trình công nghệ mài được thực hiên theo nhiều phương pháp khác
nhau và tương ứng với nó cho ra những sản phẩm khác nhau. Khi tiến hành
mài, đá mài ăn vào chi tiết bằng nhiều chuyển động như :
+ Chuyển động quay đá mài
+ Chuyển động ăn dao
+ Chuyển động quay chi tiết
Nguyên tắc chung của quá trình mài là chi tiết gia công và đá mài quay
ngược chiều nhau để tạo ra khả năng cắt.
2 > Phân loại máy mài:
Do yêu cầu của công nghệ cắt gọt kim loại rất đa dạng, các chi tiết đòi

dọc S
d
thì đá sâu vào chi tiết 1 lượng S
n
theo hướng kính. Độ sâu S
n
nhỏ nên
lượng mài khá bé.
V
b
S
n
S
d
V
k
H×nh 1.1 : Ph¬ng ph¸p mµi trßn ngoµi
Khi gia công những trục ngắn có đường kính lớn, lượng dư còn nhiều
nên thường dùng kiểu ăn dao ngang.
V
b
V
k
Hình 1.2 : Phương pháp mài tròn ngoài
Cách mài này yêu cầu độ cứng vững của chi tiết phải tốt để tránh cong
vênh, cách này có ưu điểm về năng suất vì chỉ yêu cầu cho đá tiến về phía
trước trục mà không cần chạy dọc dao.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
5
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp

công là phụ thuộc vào dạng sản xuất và kích thước, cách thức mài thích ứng
từng chi tiết cụ thể.
Mài lỗ vô tâm được thực hiện trên máy vô tâm chuyển động cắt và bản
chất của quá trình mài hoàn toàn giống như mài tròn ngoài vì kích thước của
đá mài hoàn toàn phụ thuộc vào kích thước của lỗ mài. Nếu đường kính của
chi tiết gia công càng nhỏ thì đường kính của đá mài càng nhỏ sự ăn mòn
nhanh. Đồng thời diện tích tiếp xúc giữa đá và mặt công tác gia công khá lớn,
toả nhiệt kém do đó đá mòn nhanh hơn. Kích thước của đá nhỏ, trục mang đá
nhỏ khiến cho độ cứng vững kém, ảnh hưởng không Ýt đến độ chính xác của
chi tiết gia công. Mặc dù vậy, mài lỗ vẫn có ưu thế sử dụng rộng rãi và phát
huy được ưu điểm trong những trường hợp sau:
+ Mài các vật liệu chi tiết đã qua tôi hay vật liệu mềm .
+ Mài các vật đúc có độ cứng không đều nhau .
+ Mài các lỗ có kết cấu không thuận cho các phương pháp gia công khác
+ Mài các lỗ có yêu cầu độ chính xác cao .
+ Mài lại các lỗ cần sửa lại vị trí tương quan của bề mặt do các nguyên
công trước để lại .
Mài tròn trong được thể hiện bằng hai cách :
+ Cách thứ nhất: Chi tiết được kẹp trên mâm cặp và trục đá quay tròn có thể
thực hiện chạy dao dọc hoặc chạy dao ngang (hình 1.4)
S
H×nh 1.4 : Phuo ng ph¸p mµi trßn trong
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
7
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Cách này được dùng để gia công những chi tiết nhỏ, các vật thể tròn
hoặc dễ gá lắp trên mâm cặp. Các loại này có thể được thực hiện trên máy mài
vạn năng và đồ gá chuyên dùng.
+ Cách thứ 2: Chi tiết gá cố định trên máy trục mang đá thực hiện các chuyển

Các chuyển động phụ  chuyển động bơm dầu, chuyển động bôi trơn,
làm mát …
Sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc .
5 > Các yêu cầu về trang bị điện cho truyền động quay chi tiết :
Máy mài 3A227 là loại máy mài vạn năng, các chuyển động của máy bao
gồm những chuyển động sau :
+ Truyền động chính là chuyển động quay đá mài
+ Truyền động ăn dao vòng là chuyển động quay chi tiết
+ Truyền động ăn dao dọc trục, ăn dao hướng tâm là chuyển động ụ đá
5.1 > Truyền động chính :
Đặc điểm của chuyển động chính là :
+ Không đảo chiều quay
+ Không cần điều chỉnh tốc độ
+ Mở máy không tải, mômen mở máy vào khoảng (15 ÷ 20%) M
đm
+ Mômen quán tính lớn, nên cần hãm cưỡng bức
Do những yêu cầu trên nên chuyển động chính thường dùng động cơ
không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc .
5.2 > Truyền động quay chi tiết :
Chuyển động quay chi tiết của máy mài 3A227 có những yêu cầu sau:
+ Phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 50
+ Độ trơn khi điều chỉnh ϕ =1
+ Độ sụt tốc độ tương đối cho phép ∆n = 10%
+ Mở máy có tải
+ Mômen quán tính lớn, có thể lớn gấp 7 ÷ 10 lần mômen định mức
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
9
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Do những yêu cầu trên chuyển động quay chi tiết thường dùng động cơ 1

công nghệ thì chuyển động ăn dao này phải có độ ổn định cao.
Do những yêu cầu  vậy nên chuyển động quay chi tiết dùng động cơ 1
chiều kích từ độc lập. Vì vậy động cơ loại này có khả năng quá tải lớn.
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
10
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
+ Các yêu cầu trang bị điện của truyền động quay chi tiết máy mài tròn
vạn năng.
- Phạm vi điều chỉnh : D =
1
50
min
max
min
max
==
n
n
ω
ω
- Tốc độ làm việc : n
max
=760 (v/ph) ; n
min
=76(v/ph)
- Độ sụt tốc độ tương đối cho phép : ∆n% ≤ 10%
- Độ bằng phẳng khi điều chỉnh :
1
1

quốc dân , cơ khí hoá và hiện đại hoá có mối liên hệ mật thiết với nhau.
Hai yếu tố này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong sự phát triển của
nền khoa học kỹ thuật . Chúng cho phép đơn giản kêt cấu cơ khí của máy sản
xuất, tiết kiệm nguồn nhân lực lao động tạo năng suất của sản phẩm , nâng
cao chất lượng sản phẩm . Việc tăng năng suất của máy , giảm giá thành , sự
cồng kềnh của thiết bị điện , kết cấu chất lượng của máy là hai yếu tố quan
trọng của hệ thống TĐĐ-TĐH. Nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau , một
bên đòi hỏi hệ thống phức tạp , một bên yêu cầu hạn chế số thiết bị chung trên
máy và số thiết bị cao cấp.
Cho lên việc lựa chọn một hệ thống truyền động thích hợp là một bài
toán khó. Vì vậy trong quá trình thiết kế , buộc người thiết kế phải đưa ra các
phương án và so sánh chúng với nhau . Để từ đó có thể lựa chọn được phương
án thiết kế phù hợp và tốt nhất , và điều đó được thể hiện qua các mặt sau:
- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
12
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
- Đảm bảo tính làm việc tin cậy lâu dài
- Khi xảy ra sự cố có thể bảo dưỡng , sửa chữa , thay thế các linh kiện
thuận lợi và dễ dàng , thiết bị có sẵn dễ kiếm , dễ mua
- Có vốn đầu tư chi phí vận hành nhỏ
B. Lựa chọn động cơ và phương pháp điều chỉnh tốc độ
I. Lựa chọn động cơ truyền động và phương pháp điều chỉnh tốc độ.
Trước khi đi chọn động cơ ta phân tích 2 loại động cơ thông dụng :
+ Động cơ điện xoay chiều .
+ Động cơ điện 1 chiều .
a - Động cơ điện xoay chiều: Là loại động cơ sử dụng trực tiếp điện từ lưới
điện xoay chiều 3 pha. Trong thực tế động cơ điện xoay chiều được sử dụng
rộng rãi, nó có ưu điểm nổi bật là: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, làm việc tin

sơ đồ thay thế sau:
X
1
X'
2
R
X
µ
R
µ
U
f
R'
2/6

µ

1

2
Trong sơ đồ ta có:
+ U
f
: trị số hiệu dụng của điện áp pha Stato
+ I
µ
, I
1
, I
2

2
π
ω
=
Trong đó : f
1
: là tần số của điện áp nguồn đặt vào Stato
P : Số đôi cực từ động cơ
ω : Tốc độ góc của động cơ
Từ sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện Stato:
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
14
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
I
1
=












+

được dòng điện Rôto quy đổi về Stato.

2
2
2
1
1
2
nm
f
X
S
R
R
U
I
++
=



(3)
Khi ω = ω
1
, S = 0 thì I
2
’
= 0
Khi ω = 0 , S = 1 thì :


= M
cơ
= M. Công suất chia thành 2 phần:
P
cơ
: Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ
∆P
2
: Công suất tổn hao đồng trong Rôto.
P
12
=P
cơ
+∆P
2
Hay: M
ω
1
= M
ω
+ ∆P
2
Do đó : ∆P
2
= M (ω
1
-ω) = M .ω
1
.S
Mặt khác: ∆P

=
2
2
2
11
2
2
1
3
ω
(6)
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
15
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Biểu thức (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Phương trình ĐTC của động cơ không đồng bộ có thể viết lại:

th
th
th
thth
Sa
S
S
S
S
SaM
M


1
2
nm
th
XR
R
S
+
±=

: Hệ số trượt tới hạn
Đồ thị đặc tính cơ :

  


ω








ω
0
ω
th
S

b
. Những điện áp điều
chỉnh này có đoạn làm việc ngắn độ cứng thấp và mômen tới hạn giảm rất
nhanh khi giảm áp .
- Điều chỉnh tần số:  ta đã biết, tần số của lưới điện quyết định giá trị tốc
độ góc của từ trường quay trong máy điện , do đó bằng cách thay đổi tần số
dòng Stato ta có thể điều chỉnh được tốc độ của động cơ. Để thực hiện được
phương pháp điều chỉnh này ta dùng bộ nguồn biến tần BT để cung cấp cho
động cơ. Sơ đồ tổng quát của hệ được vẽ  sau :
/


/
01
/

b > Động cơ một chiều:
* Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:
Sơ đồ nguyên lý như sau .
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
17
n
o
ω
M

M




ư
R
ư
= kφω + I
ư
R
ư
Sau khi biến đổi ta nhận được

5
55


I
k
R
k
U
φ
φ
ω
−=
(1)

M
k
R
k
U


điện

B
I
A
Ck
R
ICk
U
−−=−=
1


5
5
5
ω
Trong đó A =
Ck
U

5
; B =
Ck
R

5
Ta cũng có:
B
M

6
6
0
ω

89*% 89
Ta thấy các đặc tính cơ, cơ điện có dạng hypebol và mềm ở phạm vi
dòng điện có giá trị nhỏ hơn dòng định mức. ở vùng dòng điện lớn do từ
thông bão hoà nên từ thông hầu  không đổi và đặc tính cơ có dạng gần
tuyến tính .
Đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp mềm và độ cứng thay
đổi theo phụ tải. Do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể nhận biết được
sự thay đổi của phụ tải.
Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động có
yêu cầu ổn định cao mà nên sử dụng nó cho những truyền động có yêu cầu
tốc độ thay đổi theo tải. Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn, vì
mômen nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn
định mức thì từ thông động cơ lớn hơn định mức do mômen của nó tăng
nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện.  vậy với mức độ quá dòng điện
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
19
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
 nhau thì động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mômen và
khả năng khởi động tốt hơn động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
Nhờ ưu điểm đó mà động cơ kích từ nối tiếp rất thích hợp cho những
truyền động làm việc thường quá tải lớn và mômen khởi động lớn .
Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả
năng chịu tải của động cơ không bị ảnh hưởng bởi sụt áp của lưới điện .
* Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập :

ư
là sức điện động phần ứng (V)
R
ư
là điện trở mạch phần ứng (Ω)
R
f
là điện trở phụ trong mạch phần ứng .
I
ư
là dòng điện trong mạch phần ứng (A)
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
20
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
Sức điện động E
ư
của mạch phần ứng động cơ được xác định:

φωφω
π
k
a
pN
E == 

5
2
Với: p : là số đôi cực chính
N: tổng số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a
Np
E .
.60
.
-
φ
=
,
a
Np
K
e
.60
.
=
(hệ số Sđđ động cơ )
⇒
K
K
K
e
.105,0
55,9
==
Thay phương trình (2) vào phương trình (1) rồi biến đổi ta được :

-
-
-

dt
vào phương
trình (3) lúc này ta có :

dt
f
M
k
RR
k
U
.
).(
.
2
-
-
φ
φ
ω
+
−=

Giả sử trong quá trình làm việc động cơ không có tổn thất thì :
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
21
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện

M

mạch điều khiển , mạch động lực đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng
điều chỉnh cao, dải điều chỉnh tốc độ rộng.Trong thực tế có 3 phương pháp
điều chỉnh tốc độ của động cơ:
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng .
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB

ω
0
ω®m

®m

®m
ω®m
0
ω
M

nm
ω
0
ω
0
89*% 89
22
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn tự động hoá - cung cấp
điện
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông .
- Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng.
* Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ:

C
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc
độ động cơ giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch cũng giảm. Như vậy phương
pháp này chỉ thích hợp cho tải có M
C
lớn.
* Điều chỉnh từ thông:
Tốc độ không tải lý tưởng:
x
dm
x
k
U
φ
ω
.
0
=
=VAR
Độ cứng đặc tính cơ:
-
2
).(
R
k
x
φ
β

Nhận xét : Do cấu tạo động cơ thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông,
nên khi từ thông giảm thì ω
0 x
tăng còn β sẽ giảm . Ta có đặc tính cơ với ω
0 x
tăng dần và độ cứng đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông
 vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần
tăng tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp
này .
* Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ khi thay đổi điện áp :
Tốc độ không tải lý tưởng:
dm
dm
x
k
U
φ
ω
.
0
=
=VAR
Độ cứng đặc tính cơ :
-
2
).(
R
k
dm
φ


ω

Mmm
0
M
φ
2
φ
2
φ

24
M
0
ω
Mc
ω

ω

ω
2
ω
:
ω
;
U®m
U1
U2

Ucd
Ud
U®kT
C¸c tiÕn hiÖu ph¶n håi
Sinh viên : Bùi Xuân Trường - Lớp TC99IB
25