Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Ý KIẾN NHẬN XÉT
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………....

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

1


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016


thay thế lao động thủ công bằng những dây chuyền máy móc hiện đại,
nhằm mục đích cưới cùng là tạo ra nhiều sản phẩm có chất lượng cao cho
xã hội. Để nâng cao năng suất lao động yêu cầu tự động hóa các hệ thống
công nghiệp ngày càng trở nên cần thiết. Lĩnh vực tự động hóa thừa hưởng
những thành tựu của Điều khiển học, Tin học, công nghệ vật liệu mới… đã
phát triển rất nhanh trong thời gian qua tạo ra những công nghệ, dây
chuyền sản xuất tự động với năng suất cao, chất lượng tốt. Máy bào
giường là một trong những dây chuyền sản xuất như vậy, năng suất của
dây chuyền phụ thuộc rất nhiều vào việc điều khiển.
Qua một thời gian học tập tại trường cùng với sự nỗ lực của bản thân
cùng với sự giúp đỡ của các bạn và sự chỉ bảo nhiệt tình của các thầy, cô
em đã hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn
Đăng Khang người trực tiếp hướng dẫn đồ án của nhóm em, em cũng xin
cảm ơn các thầy, cô trong khoa Điện những người đã giảng dạy trên lớp và
đưa ra những chỉ bảo quý báu để giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên
kinh nghiệm thực tế, khả năng bản thân còn nhiều hạn chế, các tài liệu
tham khảo có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình
thiết kế. Em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý các thầy, cô giáo để đồ án của
chúng em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

3


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội
Hà Nội, ngày…tháng


máy bào giường thành ba loại :
- Máy cỡ nhỏ :

chiều dài bàn Lb5m , Fk >70k

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

4


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

1.2 Cấu tạo của máy
Các bộ phạn chủ yếu của máy gồm có :
Đế máy :
Bàn máy :
Giá chữ U :
Xà ngang :

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

trình kép là chuyển động ăn dao. Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của
xà, bàn dao, nâng đầu dao trong hành trình không tải.

1.4 Phân tích đồ thị của tốc độ máy bào giường

Đồ thị tốc độ:

Phân tích:
+ Giai đoạn 1 : giả thiết bàn máy đang ở điểm khởi đầu của chu kỳ, bàn
máy tăng tốc độ đến tốc độ vào dao V1 trong khoảng thời gian t1,
+ Giai đoạn 2 : tăng tốc từ V1 đến tốc độ cắt gọt V2 trong khoảng thời gian
t2.
+ Giai đoạn 3 : giảm tốc độ từ V2 xuống V1 trong khoảng thời gian t3.
+ Giai đoạn 4 : đảo chiều chuyển động bàn máy, bàn máy từ tốc độ thuận
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

6


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

V1 đảo chiều chuyển động và tăng tới tốc độ ngược V3 trong khoảng thời

7


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

cho đến hết thời gian t3 thì lại tăng tốc độ đến Vth (tốc độ cắt gọt ). Trong
thời gian t5 bàn máy chuyển động với tốc độ Vth và thực hiện gia công chi
tiết. Gần hết hành trình thuận bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V 0, dao được
ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn là V 0. Sau đó bàn máy đảo chiều sang
hành trình ngược đến tốc độ Vng> Vth thực hiện hành trình không tải, đưa
bàn máy về vị trí ban đầu (khi đó dao đã được đưa ra khỏi chi tiết ). Gần
hết hành trình ngược bàn máy đảo sang hành trình thuận thực hiện một
chu kỳ khác. Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo
chiều từ hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển
trước khi dao cắt vào chi tiết.
trong đó :
L=Lth+Lg.ht +Lh.th = Lng+Lg.ng +Lh.ng- chiều dài hành trình của bàn máy

k=

Vng
Vth

- tỉ số giữa tốc độ hành trình thuận và hành trình ngược

tđc - thời gian đảo chiều của máy

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Mc :Momen cản trên trục làm việc,Nm
Jm , Jd :Momen quán tính của máy và động cơ,kgm
Nếu coi Mc= 0 thì: itu=

Jm
Jd

Việc lựa chọn tỷ số truyền tối ưu ở máy bào giường là khá quan trọng .
Thời gian quá trình quá độ phụ thuộc vào mômen quán tính của máy.
Mômen quán tính của máy tỷ lệ với chiều dài của máy.
Tuy nhiên thời gian quá trình quá độ không thể giảm nhỏ quá được 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.
1.5 Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động máy bào giường
1.5.1. Truyền động chính
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỉ số giữa tốc độ lớn

Vmax Vngmax
=
nhất và thấp nhất của bàn máy. D =
Vmin
Vthmin
Trong đó :

Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

ϕ = z −1

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

ω max z −1
= D
ω min

trong đó z là số cấp tốc độ của máy đối với yêu cầu của đề thì ta có
ϕ = 1.41

- Hệ thống truyền động là hệ truyền động có đảo chiều quay và làm
việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại .
- Do máy bào giường chỉ có nhiệm vụ gia công thô bề mặt chi tiết
,không cần độ bóng, nhẵn nên độ chính xác yêu cầu không cao
Thường chọn

δ % < 5%

δ % = 2%.

- Độ ổn định tốc độ: Tốc độ cần được ổn định trong trường hợp gia
công chi tiết, tức là khi dao cắt cắt vào chi tiết để tránh làm sứt mẻ chi tiết
hoặc dao cắt.
- Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va chạm
trong bộ truyền với tác động cực đại.

Chọn phương 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 phương án khả thi đáp
ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công nghệ đặt ra.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động là một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ
phù hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động. Do đề bài yêu cầu sử dụng động cơ KĐB nên em chỉ phân tích các đặc
tính kinh tế kỹ thuật của các phương pháp điều chỉnh động cơ xoay chiều
không đồng bộ ba pha.
1.6.1. Khảo sát các phương án truyền động
a. Hệ điều chỉnh điện áp động cơ
+ Nguyên lý:

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

11


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

Theo lý thuyết máy điện, ta có quan hệ giữa mô-men và điện áp đặt vào
2

Stato động cơ như sau:

M=



Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

+ Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện
lấy ra từ mạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s. Theo
cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công suất này bằng:
∆Ps = M c .(ω1 − ω ) = M c .ω1 .s = Pdt .s

(2-6) => s =

∆Ps
Pdt

Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa và
mạch stato là không đổi, thì công suất điện từ P đt cũng không đổi. Khi đó
bằng cách nào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta
sẽ thay đổi được độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ. Đây
chính là tinh thần của việc điều chỉnh công suất trượt.
Trong thực tế việc thay đổi ∆Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử
dụng điện trở phụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất. Việc này đối với các
hệ thống truyền động công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ
truyền động công suất lớn thì các tổn hao là đáng kể. Vì vậy để tận dụng
công suất trượt người ta dùng các sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt
trở lại lưới hoặc biến thành cơ năng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi


GVHD_Nguyễn Đăng Khang

14


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

đặc tính điều chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều
chỉnh.

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau:

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh
xung áp một chiều:
+ Khi S đóng: R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
+ Khi S ngắt: R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm.
Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như
không đổi và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch.

Rtd = R0 .

td
t
= R0 . d = ρ .R0
t d + t ng

1.6.3. Hệ điều chỉnh tần số động cơ KĐB
+ Nguyên lý điều chỉnh
Theo lý thuyết máy điện ta có biểu thức: ω1 =

2πf 1
⇒ điều đó có
p

nghĩa là thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay và do đó dẫn đến tốc
độ động cơ thay đổi. Dạng đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi tần số được
trình bày dưới hình vẽ sau:

+ Từ đặc tính cơ ta thấy khi tần số tăng ( f > f đm), thì mô men tới hạn lại
giảm (với điện áp giữ không đổi), cụ thể là: M th ≈

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

1
f1

2

16


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016


= const ), thì dòng điện stato phải được điều chỉnh theo độ trượt.
+ ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ thực hiện. Đảm bảo

cho dòng điện stato (I1), dòng điện roto (I2), mômen tới hạn (Mth), hệ số
trượt tới hạn (sth) và từ thông động cơ đều không phụ thuộc vào tần số ⇒
đặc tính tĩnh của động cơ sẽ chuyển dịch song song với nhau và không thay
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

17


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

đổi hình dạng khi điều chỉnh tần số. Điều khiển giữ cho Ψ r=Ψ r dm sẽ tận
dụng được công suất mạch từ là tối đa. Hơn nữa, khi giữ biên độ từ thông
roto không đổi thì vector từ thông roto và vector dòng điện roto luôn vuông
góc với nhau trong không gian và do đó mômen điện từ của động cơ hoàn
toàn tỷ lệ với biên độ dòng roto. Điều này giống như quan hệ giữa mômen
và dòng điện phần ứng trong động cơ một chiều kích thích động lập khi từ
thông kích từ là định mức.
+ Nhược điểm của phương pháp này là: Nếu giữ từ thông không đổi
mà phụ tải động cơ giảm ⇒ tăng tổn hao trong động cơ. ở vùng tần số thấp,
khi mà sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được với sụt áp trên điện
cảm tản mạch stato thì từ thông sẽ giảm và do đó mômen tới hạn sẽ giảm.
b. Điều khiển từ thông khe hở không đổi theo luật U/f

19


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

CHƯƠNG 2
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, MẠCH LỰC
2.1. THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HÊ THỐNG MÁY BÀO
GIƯỜNG
Qua phân tích trên ta thấy bộ biến đổi Tiristor - Động cơ (T - Đ) có
ưu điểm hơn cả, vì hệ thống gọn nhẹ, chắc chắn, phạm vi điều chỉnh rộng,
độ tin cậy cao suy ra hệ thống phù hợp với yêu cầu công nghệ của máy bào
giường. Vì vậy ta chọn bộ biến đổi Tirristor - động cơ (T-Đ) làm bộ biến đổi
cho truyền động máy bào giường.
2.1.1. Phân tích chọn sơ đồ bộ biến đổi T - Đ
Các linh kiện bán đẫn được thiết kế theo hai sơ đồ, sơ đồ hình tia và
sơ đồ hình cầu được thực hiện việc cung cấp điện cho các động cơ như hình
II -1 và hình II-2.

.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

20



C

Trường ĐHCN Hà Nội

.
.
.

*
a i
a

T2

iT2

T3 iT3

Hình II-1

.
iT1

.T

.i *
B . *
i
C . *
A

1

.

.

CKĐ

.

.T . .T
6

iT6

.

5

Đ
2

iT2

CKĐ

.

Hình II-3 MẠCH LỰC


cầu 3 pha đối xứng cho truyền động máy bào giường.
- Việc điều khiển các bộ biến đổi hình tia hoặc hình cầu để phù hợp
với yêu cầu công nghệ là nhất quan trọng. Hiện nay người ta thường sử
dụng 2 phương pháp điều khiển là điều khiển chung( hay điều khiển phụ
thuộc) và điều khiển riêng( hay còn gọi điều khiển độc lập).
a. Phương pháp điều khiển chung:
Là cả hai bộ biến đổi đều có xung mở, một bộ làm việc ở trạng thái
trao đổi năng lượng còn một bộ làm việc ở trạng thái trờ phương pháp này
có các đặc tính cơ của hệ thống ở chế độ đông và chế độ tính rất tốt, nhưng
GVHD_Nguyễn Đăng Khang

22


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

nó lại làm xuất hiện dòng cân bằng nên tiêu tán năng lượng vô ích, và luôn
tồn tại do đó cần phải có cuộn kháng san bằng để làm giảm dòng cân bằng
với sơ đồ hình cầu 3 pha mắc song song ngược thì cần phải có 4 cuộn kháng
san bằng.
b. Phương pháp điều khiển riêng:
Xung điều khiển đưa vào van một cách riêng rẽ để loại trừ tổ van nào
thì ta ngừng cung cấp xung cho tổ van ấy, nghĩa là bộ biến đổi này làm việc
thì bộ biến đổi kia không làm việc (hay nghỉ). Do vậy dùng phương pháp
này không xuất hiên dòng cân bằng song đi theo nó là một mạch logic. Tuy
nhiên đặc tính đảo chiều của nó không tốt bằng phương pháp điều khiển

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực được biểu diến như hình II-3 mạch
động lực sử dụng các thiết bị có chức năng và nhiệm vụ như sau.
- Đ: là Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập. Nhiệm vụ biến điện năng thành
cơ năng truyền động cho phụ tải yêu cầu.
- CKĐ: Là cuộn dây kích từ của động cơ Đ, có chức năng cung cấp từ thông
kích từ cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập Đ.
T1T÷ T6T: Là các tiristor chức năng biến đổi nguồn điện xoay chièu thành
nguồn một chiều (có thể thay đổi được chỉ số) để cung cấp cho động cơ Đ,
phục vụ cho động cơ quay thuận.
T1N ÷ T6N: Là các tiristor phục vụ cho động cơ Đ quay theo chiều ngược.

GVHD_Nguyễn Đăng Khang

24


Đồ án chuyên môn Tự Động Hóa

Trường ĐHCN Hà Nội

2016

∼380.v

BA

AB

K


R1

C4

R4

C3

R3

C6

R6

C5

R5

C2

R2

T4N

T1N

T6N

T3N