Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống truyền động
Thyriotor, Động cơ một chiều cho máy
doa ngang 2620, truyền động ăn dao
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP - 1 -
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP


2/ Khái quát các phương án chỉnh lưu dòng dùng Thyristor
3/ Tính chọn các thông số của sơ đồ mạch lực
4/ Thiết kế mạch điều khiển Thyristor vòng hở
5/ Thiết kế mạch
điều khiển hệ kín theo phương pháp 2 mạch vòng tối ưu
moodul.
IV. Các bản vẽ đồ thị:
05 bản vẽ Ao

PHẦN I: KHÁI QUÁT MÁY DOA NGANG 2620,
TRUYỀN ĐỘNG ĂN DAO THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 2 -

I. KHÁI NIỆM
Máy cắt kim loại được 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 thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công


Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính) chuyển
động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy mang chi tiết hay di
chuyển dọc của trục chính mang đầu dao.
III. YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÁY DOA
1 Truyền động chính:
Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với
công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh ϕ = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần
phải hãm dừng nhanh.
Hiện nay hệ truyền động chính máy doa thường sử dụng động cơ không đồng
bộ Roto lồng sóc và hộp tốc độ, Ở những máy doa cỡ nặ
ng có thể sử dụng động cơ
điện 1 chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng.
2 Truyền động ăn dao:
Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao D = 1500/1.
Lượng ăn dao được điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph ÷ 600mm/ph. Khi di
chuyển nhanh có thể đạt tới 2,5m/ph ÷ 3m/ph.
Lượng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu đượ
c giữ không đổi
khi tốc độ trục chính thay đổi.
Đặc tính cơ cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ <10%, hệ thống
truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác đảm
bảo sự liền động với truyền động chính khi làm việc tự động.


ư
: Điện áp phần ứng (V)
E
ư
: Sức điện động phần ứng (V) Hình 1
R
ư
: Điện trở của mạch phần ứng (Ω)
Sức điện động E
ư
được xác định bởi biểu thức :

ωω
π
Φ=Φ= 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
Φ : Từ thông kích từ dưới 1 cực từ (Wb)
ω : Tốc độ góc (rad/s)
a
pN
K

ư
M
đt

KΦ (KΦ)
2

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và thép thì mômen cơ trên trục = mômen điện từ

U
ư
U
KT
I
ư
=
ω = - (1-5)

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 5 -
U
ư
R
ư

KΦ (KΦ)

ω
đ
- ω
ω
đ

Trong đó: ω
đ
: Tốc độ đặt
ω : Tốc độ làm việc thực
* Độ trơn: Được định nghĩa:
ω
i + 1

ω
i

Trong đó: ω
i + 1
: Giá trị tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1)
ω
i
: Giá trị tốc độ ổn định đạt được 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:
ω
max
ω
min Ngoài 3 chỉ tiêu trên còn có một số chỉ tiêu
khác như chỉ tiêu kinh tế, sự phù hợp giữa tải và
đặc tính điều chỉnh.v.v chúng ta không xét đến

Hình 3 2/ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập:
* Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điện trở phần ứng
Nguyên lý:
Chúng ta đưa thêm điện trở phụ
vào mạch phần ứng. Làm điện trở phần ứng tăng
lên → thay đổi tốc độ (làm giảm tốc độ động cơ) Phương trình cơ bản
U
ư
(R
ư
+ R
f
)
KΦ (KΦ)

= M
ω
+ (R
ư
+ R
f
)I
2
đc
= M
ω
+ R
ư
I
2
đc
+ΔP
f

M
đm
M
nm
=(1,5-2)M
đm
M

Ư
R
f

f2

M
nm
M

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 7 -
- Khi thấy R
f
càng tăng → ΔR
f
tăng → tổn hao điện trở phụ lơn → tính kinh
tế không cao
- Là phương pháp có vốn đầu tư chế tạo ít, hiệu quả thấp, tổn hao nhiều, hiện
nay không sử dụng phương pháp này
* 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 điề
u khiển từ thông của
động cơ hay điều chỉnh M điện từ của động cơ
M = KΦ.I
ư

Và sức điện động quay của động cơ: E
ư
= KΦω

chuy
ển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi và bộ cảm ứng điều khiển cũng giảm rất
nhanh khi giảm từ thông kích thích theo biểu thức: I
k
= + ω
k
M M
dm
M I
ω ω
ω
max
ĐT cơ bản ĐT cơ tự nhiên
φ
2
φ
1
φ
đm

+ -
I
E
r

C
rr
C
iC ⋅
+
==Φ .
Hình 8
* Đánh giá:
- Giải điều khiển tốc độ : Hạn chế trong khoảng (2 ÷ 3) ω
đm
, lý thuyết có thể
tăng hơn nhưng thực tế không tăng được vì phần cơ máy không chịu nổi.
- Sai số: Dùng phương pháp này Đ TC giảm từ thông dốc hơn đường ĐTC tự
nhiên → sai số nhiều hơn
- Độ trơn: ϕ : Φ được điều chỉnh bằng 2 cách: dùng điện trở phụ, quá
nguồn điện áp. Cả hai phương pháp này cho phép điều khiể
n liên tục bởi đường
kích từ chỉ chiếm (2÷5)%I.
- Kinh tế : Tổng hao điểu khiển là không đáng kể và đạt kết quả, điểu khiển
tốc độ động cơ bằng Φ chỉ áp dụng loại có tải P không đổi.
* Điều khiển tốc độ bằng điện áp phần ứng:
Nguyên lý:
Để điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng (U
ư
) động cơ điện một
chiều KTĐL cần có các thiết bị nguồn như máy phát điện một chiều KTĐL, các bộ
biến đổi, v v. Các bộ biến đổi này chức năng biến đổi năng lượng điện xoay chiều
thành điện một chiều có sức điện động E được điều khiển bởi U
đk
. Các bộ phận có

ω
k

BBĐ

Đ
LK
U
đk
E
b
(U
đk
) U E
ư

R
b
R
ưđ
ω = - I
ư

β
Φ
= hay β
*
Φ
= (Φ
*

bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với phần ứng định mức và từ thông
cũng được giữ nguyên ở các giá trị định mứ
c. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị
giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về momen khởi động. Khi momen tải là
định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là :
M
đm

⎪β⎪
M
đm

⎪β⎪
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 đường song song nên theo định nghĩa về độ cảm ứng
điều khiển có thể viết
1 M

đk
) -
ω
max
= ω
Omax
-
ω
min
= ω
Omin
-
ω
min
= (M
nmmin
- M
đm
) = (K
M
- 1 )
ω
Omax
- - 1
D = =
ω

ω
Omax
ω

Hình 10
Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cảm ứng các đặc tính cơ trong toàn
bộ dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt dốc tương 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 ch
ỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép
thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép.
Sai số tương đối của tốc độ ở ĐTC thấp nhất là:
ω
Omin
- ω
min
Δω M
đm
ω
Omin
ω
Omin
⎪β⎪ . ω
Omin
Nếu các giá trị M
đm
, ω
Omin
, s
CD
là xác định thì có thể tính được giá trị tối
thiểu của độ cảm ứng điều chỉnh sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép
trong suốt quá trình điều khiển điện áp phần ứng thì trong kích thích được giữ
nguyên , do đó momen tải cho phép của hệ số sẽ là không đổi

b
= I
ư
E
ư
+ I
2
ư
( R
b
+ R
ưđ
)
Nếu đặt R
b
+ R
ưđ
= R thì hệ số biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:
I
ư
E
ư
ω
I
ư
E
ư
+ I
2
ư

x=0
x=-1

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 11 -
- Độ trơn ϕ: Các bộ phận biến đổi có thể điều chỉnh được liên tục vì đường
dòng điều khiển bé.
- Đối với động cơ điện 1 chiều đây là phương pháp kinh tế nhất vì tổn hao
công suất ít.
- Nếu xét về động cơ: Là phương pháp không kinh tế vì giá thành đầu tư cao,
chỉ sử dụng phương pháp này trong vùng t/độ < t/độ định mức.
PHẦN III - KHÁI QUÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH LƯU DÙNG THYRISTOR

I. CHỈNH LƯU NỬA CHU KỲ


R L
T
α
1
α
2
ωt
π 2π 3π 4π

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 12 -
Hình 13
Từ đó điện áp trung bình ( đối với tải thuần trở)

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=

Đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản,
tuy vậy các chất lượng điện áp kỹ thuật như chất lượng điện áp 1 chiều, hiệu suất
sử dụng biến áp xấu. Do đó loại chỉnh lưu này ít được ứng dụng trong thực tế.

II. CHỈNH LƯU CẢ CHU KỲ VỚI BIẾN ÁP CÓ TRUNG TÍNH
1/ Sơ đồ mạ
ch 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
Như vậy có dòng qua tải trong 2 nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều
3/ Đồ thị
Hình 15 U
1

t
t
t
b. T¶i R-La: T¶i R
p1
p
2p3
UT1 UT1
Hính 15

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 13 -

- Điện áp trung bình tính trên tải khi tải thuần trở:

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
2
cos1
α


- Công suất máy biến áp:
S
ba
= 1,48 I
d
.U
d

Nhận xét: Sơ đồ này chất lượng điện áp tốt hơn so với chỉnh lưu 1/2 chu
kỳ nhưng phải chế tạo biến áp trung tính và 2 cuộn dây W
1
và W
2
giống nhau.
III. CHỈNH LƯU 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 được mở Hình 16
thông để dẫn điện áp lưới 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
lưới lên tải.
Với sơ đồ này ta nhận được điện áp và dòng trên tải và van ở dạng sau:


⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+
=
2
cos1
α
dcd
UU
(V)
- Điện áp trung bình khi tải điện cảm lớn, dòng điện và điện áp trên tải liên tục

U
d
= U
do
. cosα (V)
Với U
do
= 0,9 U
2

- Điện áp ngược mà van phải chịu
U
nv

π
2√2

0
t1 t2 t3
Ud
Id
IT1
IT2
ID1
ID2
t
t
t
t
t
t
b.A B C
a b c R
T1 T2 T3 L

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 15 -

U
d
= U
O
. cosα Với U
do
= 1,17 U
21

U
21
: Điện áp pha thứ cấp biến áp
- Điện áp ngược pha van phải chịu:
U
NV
= √ 6 U
21

- Giá trị dòng hiệu dụng thứ cấp:
I
hd
= I
d
/√ 3
- Dòng điện qua van là:
I
V
= I
d
/ 3


- 16 -
nhiều hơn, việc điều khiển van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn
giản.
Phía thứ cấp máy biến áp tồn tại dòng 1 chiều cho nên lõi sắt máy biến áp
chóng bị bão hoà
Phía thứ cấp máy biến áp phải đấu sao cho co dây trung tính (Υ
0
) và dây
trung tính phải có tiết diện lớn hơn dây pha.
V. CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA
1/ Sơ đồ mạch điện
2/ Nguyên lý hoạt động
Dòng chạy qua tải là dòng chạy từ
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 l
ưu biến áp 3 pha cho
điện áp (+).
Nhóm Katốt gồm Thyristor T2, T4, T5
Tạo thành nhóm chỉnh lưu 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

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 nhóm này sẽ có hai van
ở nhóm kia đỗi chỗ cho nhau.
ABCA
Uf

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 17 -

- Giá trị dòng hiệu dụng chạy trong mỗi Thyristor:
I
hd
= I
d
/√ 3
- Dòng điện hiệu dụng của tứ cấp máy biến áp

d
II
3
2
2
=

- Công suất máy biến áp:
S
6a
= 1,05 U
d
I
d

Nhận xét: Hiện nay chỉnh lưu cầu 3 pha là cơ sở để có chất lượng điện áp
tốt nhất, hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt nhất. Nhưng đây cũng là sơ đồ phức tạp
nhất.
+ Công suất MBA:
S
BA
= 1,05 . I

t

n

n

t
~
ktL

U
s

L
KT

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 19 -

d. Truyền động dùng 2 bộ biến đỏi nối song song ngược điều khiển chung

e. Truyền động dùng 2 bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung:
u


I
UI
SI
1

SI
2
b
1

b
2
U
α
2
α
2

Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm riêng và thích hợp với từng loại tải và yêu
cầu công nghệ
- Loại a: Dùng cho công suất lớn, rất ít đảo chiều
- Loại b: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp
- Loại c: Dùng cho * giải công suất, tần số đảo chiều lớn
- Loại d,e: Dùng cho công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao
So với 3 loạ
i trên thì nó đảo chiều êm hơn nhưng có kích thước cồng kềnh, vốn đầu


u
kt

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 21 - Trong khoảng thời gian 0 ÷ t
1
, BĐ
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc α
1
<
2
π

còn bộ BĐ
2
khoá. Tại t
1
phát lệnh đảo chiều bởi i

α
2
> π/2 và sao cho dòng phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ
được tái sinh, nếu nhịp điệu giảm
α
2
phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì
dòng điện bám và dòng điện khởi động ngược không đổi, điều này được thực hiện
bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 22 -

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

dòng cho nghịch lưu, còn bộ biến đổi lưu làm việc ở chế độ đợi.
t
t
0
1
iL®
t1
0
t
i
t
2
t
0
t
i1L
t
0
i2L
t
0
b1
1
1
1
t
0
1
b2


α
2
≥ π - α
1
hay β
2

≤α
1Nếu tính góc chuyển mạch
μ và góc khoá
δ
thì giá trị lớn nhất của góc điều khiển
của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lưu phải đợi là
α
max
= π - (μ
max
+
δ
)
Giá trị nhỏ nhất của góc điều khiển của bộ biến đổi đang làm việc ở chế độ chỉnh
lưu là:
α
min
≥ μ + δ
i
ii

1
(α 1)
α2
Π/2
αmin
α2max

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

- 24 -
Nếu chọn
21 dd
EE
=
thì α
1
+ α
2
= π và ta có phương pháp điều khiển chung đối
xứng, lúc này dòng điện trong mạch vòng giữa 2 bộ biến đổi sẽ triệt tiêu và dòng
điện trung bình chảy vòng qua 2 bộ biến đổi cũng triệt tiêu:
I
cb
= 0
21
=
+

cb