CHƯƠNG 1
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với thời gian, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển những công nghệ mới
dần được thay thế các công nghệ cũ. Điều đó không những đem lại hiệu quả trong công
việc mà nó còn làm lợi về kinh tế, nâng cao độ chuẩn xác giảm bớt sự cồng kềnh. Tuy
nhiên, đến nay việc áp dụng điều khiển bằng điện khí nén trong các dây trưyền sản xuất,
trong những công việc mang tính chất nguy hiểm, cần có độ an toàn cao, hay những dây
truyền cần có áp lực lớn ví dụ như: trong điều khiển máy xúc, trong luyện kim, trong
việc đóng gói sản phẩm vẫn không thể thiếu. Nó đóng một vai trò quan trọng trong các
dây truyền tự động.
Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện khí nén trong các ngành
kỹ thuật. Nhóm chúng em gồm ba người là:
Đã quyết định cùng nhau tìm hiểu thêm về các hệ thống điều khiển bằng điện khí
nén cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy :
vừa để có thêm kiến thức. Và cũng là để giúp ích cho chúng em sau nay ra trường. Đề tài
chúng em cùng nhau nghiên cứu là:

Nhưng do thời gian có hạn và kiến thức của chúng em về phần này còn hạn chế
nên trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo có nhiều thiếu sót và sản phẩm còn chưa
được hoàn thiện. Vì vậy, chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cô trong khoa để đồ
án của chúng được hoàn thiện hơn và có thêm những kiến thức sâu hơn về lĩnh vực điều
khiền bằng điện- khí nén.
1
Đề tài gồm có 7 chương:
Chương 1: Lời nói đầu, khái quát về lí do lựa chọn đề tài và kết cấu của đề tài.
Chương 2: Phân tích, lựa chọn động cơ cho máy khoan.
Chương 3: Phân tích, lựa chọn phương pháp điều khiển cho động cơ máy khoan.
Chương 4: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực cho động cơ máy
khoan.
Chương 5: Các phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén.
Chương 6: Thiết kế mạch điện - khí nén.

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................
4
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
5

nhiều lĩnh vực, con người đã biết ứng dụng kết hợp năng lượng điện với khí nén thiết kế
điều khiển bằng điện - khí nén.
2. Tầm quan trọng và ứng dụng của điện - khí nén.
7
Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp nổ ra, sự phát triển về điều khiển bằng điện
- khí nén không ngừng diễn ra.
Các ứng dụng của điện - khí nén để điều khiển như: phun sơn, gá kẹp chi tiết …
Các ứng dụng của điện - khí nén trong truyền động như máy vặn vít, các moto khí
nén, máy khoan, các máy va đập dùng trong đào đường, hệ thống phanh ôtô v.v…
3. Ưu nhược điểm của hệ thống điện - khí nén
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm môi trường.
- Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của khí nén nhỏ,
tổn thất trên dọc đường thấp.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
* Nhược điểm:
- Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
- Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
4. Mục đích yêu cầu - giới hạn đề tài
Trong công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá, đất nước ta mở cửa cho các nhà
đầu tư vào hoạt động. Các hệ thống tự động hoá công nghiệp điều khiển bằng khí nén
cũng dần xuất hiện nhiều.
Tự động hoá trong công nghiệp sẽ cho ra nhiều sản phẩm hơn đồng thời đòi hỏi
sự hoạt động của nó phải đạt độ chính xác cao, an toàn v.v…
Sự kết hợp giữa ngành điện - điện tử và ngành cơ khí là một bước tiến quan trọng
trong sự phát triển của tự động hoá trong công nghiệp.
Trước tầm quan trọng của hệ thống điều khiển bằng điện - khí nén và cũng là để
củng cố thêm kiến thức sau khi ra trường, chúng em quyết định thực hiện đề tài:

8

công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập.
* Phương trình đặc tính cơ
Khi động cơ làm việc, rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm
nên trong cuộn ứng lại suất hiện một suất điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản
điện động) có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Phương trình điện áp
ở mạch rotor sẽ là:
U = E + I
ư
R
ư
∑
(2.1)
Trong đó: U - điện áp lưới, V;
E - sức điện động của động cơ, V;
I
ư
- dòng điện phần ứng của động cơ, A;
R
ư
∑
- điện trở toàn bộ mạch phần ứng,
Ω
;
R
ư
∑
= R
ư
+ R
p

Với: p - số đôi cực từ chính;
N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng;
a - số mạch nhánh song song của cuộn ứng;
Nhờ lực từ tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rotor quay dưới tác
dụng của mô men quay.
M = k
φ
I
ư
(2.5)
Từ hệ 3 phương trình (2.1), (2.3), (2.5), có thể tìm được phương trình biểu thị
mối quan hệ
ω
= f(M).
Rút I
ư
từ (2.5) thay vào (2.1) cùng với (2.3), ta có phưng trình đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
M
k
k
U
2
u
)(
R
φ
φ
ω
∑

13
Trong đó:
'
k
- hệ số, phụ thuộc cấu tạo của cuộn dây kích từ.
* Phương trình đặc tính cơ
Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều nói chung:
U = E + I
ư
R
ư
∑
(a)
E = k
φω
(b)
M = k
φ
I
ư
= k
'
k
I
2
ư
(c)
ta có thể tìm được phương trình đặc tính của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Thay (2.6) vào (b) rồi thay tiếp vào (a), ta rút ra:
''

khi tải lớn (trên định mức ) đặc tính cơ có dạng gần thẳng và cứng hơn vì mạch từ đã
bão hoà (
const
=
φ
)
Giả thiết động cơ không tải (I = 0 hoặc M = 0) thì trốc độ không tải lý tưởng sẽ là
vô cùng lớn. Nhưng thực tế do có ma sát và các tổn thất phụ và động cơ có từ dư:
φ
dư
=
(2
÷
10)
'
φ
đm
nên khi không tải thì tốc độ không tải của động cơ vẫn có một giá trị là:
du
u
t
K
U
φ
ω
=
0
Kết luận:
Tốc độ
ω

). Do vậy đường đặc
tính của động cơ điện một chiều kích từ hõn hợp (đường 3, đường 4) phân bổ giữa đặc
tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song (đường 1) và đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (đường 2).
Hình
Nếu từ trường của cuộn song song tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn nối tiếp
thì đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp (đường 3) gần đặc tính cơ của động cơ kích
từ song song hơn.
Nếu từ trường của cuộn nối tiếp tạo ra mạnh hơn từ trường của cuộn song song
thì đặc tính cơ của động cơ kích từ hỗn hợp (đường 4) gần đặc tính cơ của động cơ kích
từ nối tiếp hơn.
Kết luận:
Động cơ kích từ hỗn hợp có đường đặc tính cơ mềm. Được dùng trong những nơi
cần các điều kiện mô men mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi
theo tải trong một vùng rộng như trong máy ép (nén), máy bào, máy in, máy cán thép,
máy nâng tải … Thời gian gần đây, động cơ kích từ hỗn hợp còn được dùng trong giao
16
thông vận tải vì có ưu điểm hơn so với động cơ kích từ nối tiếp ở chỗ dễ hãm bằng chế
độ phát điện trả năng lượng trở về lưới điện.
2. 2. Động cơ điện xoay chiều
2.2.1. Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ
2.2.1.1. Phương trình đặc tính cơ
Khi coi ba pha động cơ là đối xứng, được cấp bởi nguồn xoay chiều hình sin ba
pha đối xứng và mạhc từ động cơ không bão hoà thì có thể xem xét động cơ qua sơ đồ
thay thế một pha. Đó là sơ đồ điện một pha phía stator với các đại lượng điện ở mạch
rôto đã quy đổi về stator.

Trong đó:
I
0

(2.8)
Từ đó, có hệ số quy đổi dòng điện:
17
E
I
k
k
1
=
(2.9)
và hệ số quy đổi trở kháng:
2
E
I
E
XR
k
k
k
kk ===
Với các hệ số quy đổi này, các đại lượng điện ở mạch rôto có thể quy đổi về
mạch stator :
- dòng điện:
'
2
I
= k
I
I
2

R
R
U
I
dmph
++








+
=
(2.10)
Khi động cơ hoạt động, công suất điện từ P
12
từ stator chuyển sang rôto thành
công suất động cơ P
cơ
đưa ra trên trục động cơ và công suất nhiệt
∆
P
2
đốt nóng cuộn
dây:
P
12

M =
0
2
0
2
P
ωωω
s
P∆
=
−
∆
(2.12)
Công suất nhiệt trong cuộn dây ba pha là:
∆
P
2
= 3
2'
2
'
2
IR
(2.13)
Thay (2.10) vào (2.13), sau đó thay vào (2.12) sẽ được:
M =





(2.14)
trong đó: X
nm
= X
1
+
'
2
X
(2.15)
là điện kháng ngắn mạch.
Phương trình (2.14) biểu thị quan hệ M = f(s) = f
( )
[ ]
ω
s
là phương trình đặc tính
cơ của động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ.
2.2.1.2. Đường đặc tính cơ
19
Nhận xét
Ta thấy, đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không đồng bộ là một đường cong
phức tạp và có 2 đoạn AK và KB, phân giới bởi điểm tới hạn K.
Đoạn đặc tính AK gần thẳng và cứng. Trên đoạn này, mô men động cơ tăng thì
tốc độ động cơ giảm. Do vậy, động cơ làm việc trên đoạn đặc tính này sẽ ổn định.
Đoạn KB cong với tốc độ dương. Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định.
Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế
Kết luận
Ưu điểm nổi bật của loại động cơ này là:
- Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là dộng cơ rôto lồng sóc.

O
tại
điểm
0
ω
. Tốc độ đồng bộ
0
ω
phổ biến là (125
÷
1500) vg/ph.
Đường đặc tính cơ của động cơ đồng bộ là tuyệt đối cứng (
∞=
β
). Điều đó chỉ
đúng trong phạm vi cho phép của mô men không vượt quá giá trị M
max
của động cơ.
Kết kuận
21
Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những truyền động công suất
trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường dùng cho các
máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và cũng thường được sử
dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ công suất lớn.
Ưu điểm của động cơ đồng bộ là ổn định tốc độ cao, hệ số cos
ϕ
hiêụ suất lớn,
vận hành có độ tin cậy cao
2.2.3. Động cơ điện xoay chiều ba pha có vành góp
- Động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp là loại động cơ có thể điều chỉnh tốc độ

thích hợp nhất là động cơ một chiều kích từ nối tiếp và động cơ xoay chiều một pha có
vành góp. Tuy nhiên, nếu sử dụng động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì phải chỉnh lưu
điện áp, còn nếu sử dụng động cơ xoay chiều một pha có vành góp thì có thể sử dụng
trực tiếp điện lưới, giảm bớt được một số công đoạn. Vì vậy, chúng em quyết định lựa
chọn động cơ xoay chiều một pha có vành góp làm động cơ truyền động cho máy khoan.
CHƯƠNG 4
23
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH ĐỘNG
LỰC CHO ĐỘNG CƠ MÁY KHOAN
4.1. Khảo sát vi mạch TCA785
Vi mạch TCA785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch
điều khiển bao gồm: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh, tạo
xung ra.
a. Ký hiệu và chức năng của TCA 785
Chân Kí hiệu Chức năng Chân Kí hiệu Chức năng
1 QS Chân nối đất 9 R9 Điện trở tạo mạch răng cưa
2 Q2
**
Đầu ra 2 đảo 10 C10 Tụ tạo mạch răng cưa
3 QU Đầu ra U 11 V11 Điện áp điều khiển
4 Q1
*
Đầu ra 1 đảo 12 C12 Tụ tạo độ rộng xung
5 VSYNC Điện áp đồng bộ 12 L Tín hiệu điều khiển xung ngắn, xung
24
rộng
6 I Tín hiệu cấm 14 Q1 Đầu ra 1
7 QZ Đầu ra Z 15 Q2 Đầu ra 2
8 VRè Điện áp chuẩn 16 VS Điện áp nguồn nuôi


3
80
1000
VS – 2
300
A
µ
V
K
Ω
S
µ
Tín hiệu cấm vào, chân 6
Cấm
Cho phép
V6I
V6H 4
3,3
3,3
2,5 V
V
Độ rộng xung ra, chân13
Xung hẹp
Xung rộng
V13H
V13L
3,5 2,5
3,5
2,5 V
V

Góc điều khiển ứng với điện áp chuẩn
VREF
α
rsef
2,8 3,1
2x10- 4
3,4
5x10- 4
Tính toán các phần tử bên ngoài
Tụ răng cưa: C10 Min Max
25